一種cpt原子頻標的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及原子頻標技術領域，特別涉及一種CPT原子頻標。
【背景技術】
[0002]相干布局囚禁(Coherent Populat1n Trapping，簡稱“CPT”)原子頻標采用雙色相干激光激勵吸收泡中的堿金屬蒸汽，當雙色相干激光的頻率差值與堿金屬基態兩個超精細能級頻率差時，原子被制備成CPT態而對光的吸收減弱，將呈現電磁感應透明(Electromagnetically Induced Transparency，簡稱 “EIT”)現象，將此時產生的窄線寬電磁感應透明譜線作為鑒頻信號去鎖定壓控晶體振蕩器(Voltage Controlled V talOszillator，簡稱 “VCX0”)。
[0003]現有的CPT原子頻標主要由電子線路和物理單元兩個部分構成，電子線路包括伺服環路和VCX0。電子線路的作用是產生作用于激光器的攜帶有調制信息的微波探尋信號，電子線路還對物理單元輸出的攜帶鑒頻信息的光檢信號進行同步鑒相產生同步鑒相信號作用在VCXO上。物理單元的作用是在微波探尋信號的作用下產生具有鑒頻特效的光檢信號。
[0004]在實際應用中，由于CPT原子頻標的物理系統中產生激光的功率穩定性不足，會對CPT原子頻標的工作的穩定性產生影響。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術的CPT原子頻標的物理系統中產生激光的功率穩定性不足的問題，本實用新型實施例提供了一種CPT原子頻標。所述技術方案如下:
[0006]一方面，本實用新型實施例提供了一種CPT原子頻標，所述CPT原子頻標包括:物理系統、伺服環路、以及壓控晶體振蕩器VCX0，所述VCXO與所述伺服環路電連接，
[0007]所述物理系統包括:激光產生單元、光學元件、吸收泡、以及第一光電檢測單元，所述光學元件、所述吸收泡、以及所述第一光電檢測單元沿所述激光產生單元的激光的發射方向依次設置，所述激光產生單元和所述第一光電檢測單元均與所述伺服環路電連接，
[0008]所述物理系統還包括:激光功率控制單元，所述激光功率控制單元包括:設置在所述激光產生單元和所述吸收泡之間的第一分光片、正對所述第一分光片的反射光路設置的第二光電檢測單元，所述第二光電檢測單元與所述伺服環路電連接。
[0009]具體地，所述激光產生單元包括:激光器、恒流源、以及激光驅動器，所述激光驅動器分別與所述激光器、所述恒流源、以及伺服環路電連接。
[0010]進一步地，所述激光產生單元還包括:自穩頻，所述自穩頻與所述激光器電連接。
[0011]具體地，所述CPT原子頻標還包括:閉環時間檢測單元，所述閉環時間檢測單元包括:與運算單元、振蕩單元、振蕩頻率檢測單元、光隔離器、以及第三光電檢測單元，振蕩單元由奇數個非門串聯構成且所述非門至少為I個，所述光隔離器設置在所述第一分光片和所述吸收泡之間，
[0012]所述與運算單元分別與所述伺服環路和所述第三光電檢測單元電連接，所述振蕩單元分別與所述與運算單元、所述光隔離器、以及所述振蕩頻率檢測單元電連接，所述振蕩頻率檢測單元還與所述伺服環路電連接，
[0013]所述物理系統還包括:第二分光片，所述第二分光片設置在所述光隔離器和所述吸收泡之間，所述第三光電檢測單元正對所述第二分光片的反射光路設置。
[0014]進一步地，所述光隔離器為高速快門。
[0015]具體地，所述伺服環路包括:隔離放大器、倍頻器、直接數字式頻率合成器DDS、微波產生單元、功率放大器、以及處理單元，所述隔離放大器分別與所述VCXO、所述倍頻器、以及所述DDS電連接，所述微波產生單元分別與所述倍頻器、所述DDS、以及所述功率放大器電連接，所述功率放大器與所述激光產生單元電連接，所述處理單元分別與所述VCXO、所述隔離放大器、所述DDS、所述功率放大器、以及所述第一光電檢測單元電連接。
[0016]進一步地，所述DDS為AD9854。
[0017]進一步地，所述物理系統還包括:為所述吸收泡提供恒溫工作環境以及原子裂化用的磁場的控制單元。
[0018]進一步地，所述光學元件為光柵。
[0019]進一步地，所述吸收泡為銣87Rb原子吸收泡。
[0020]本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0021 ] 通過在現有的物理系統中添加激光功率控制單元，可以實現物理系統中的激光產生單元產生穩定功率的激光。具體地，激光功率控制單元包括:設置在物理系統中的激光產生單元和吸收泡之間的第一分光片、正對第一分光片的反射光路設置的第二光電檢測單元，第二光電檢測單元可以實時檢測到激光產生單元產生的激光的光強信號。與第二光電檢測單元電連接的伺服環路，可以計算并存儲一段時間內第二光電檢測單元所檢測到的激光的平均光強信號II，然后，伺服環路再實時獲取第二光電檢測單元檢測到的光強信號12，并對比12與II。當12大于Il時，伺服環路減小輸入激光產生單元的信號功率，以減小激光產生單元產生的激光功率；當12小于Il時，伺服環路增大輸入激光產生單元的信號功率，以增大激光產生單元產生的激光功率，進而使得激光產生單元所產生的激光的功率處于動態平衡狀態。這樣，激光產生單元產生的激光功率的穩定性增強，進而減小對CPT原子頻標工作的穩定性的影響。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本實用新型實施例一提供的一種CPT原子頻標的結構示意圖；
[0024]圖2是本實用新型實施例一提供的一種CPT原子頻標的結構示意圖；
[0025]圖3是本實用新型實施例一提供的一種激光產生單元的結構示意圖；
[0026]圖4是本實用新型實施例一提供的一種閉環時間檢測單元的結構示意圖；
[0027]圖5是本實用新型實施例一提供的一種CPT原子頻標的結構示意圖；
[0028]圖6是本實用新型實施例一提供的一種振蕩單元輸出端輸出工作原理示意圖；
[0029]圖7是本實用新型實施例一提供的一種伺服環路的結構示意圖；
[0030]圖8是本實用新型實施例一提供的一種CPT原子頻標的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
[0032]實施例一
[0033]本實用新型實施例提供了一種CPT原子頻標，參見圖1，該CPT原子頻標包括:物理系統1、伺服環路2、以及VCX03，VCX03與伺服環路2電連接。
[0034]參見圖2，該物理系統I包括:激光產生單元11、光學元件12、吸收泡13、以及第一光電檢測單元14，光學元件12、吸收泡13、以及第一光電檢測單元14沿激光產生單元11的激光的發射方向(在附圖中粗虛線標示的即為激光發射方向)依次設置，激光產生單元11和第一光電檢測單元14均與伺服環路2電連接。
[0035]該物理系統I還包括:激光功率控制單元15，該激光功率控制單元15包括:設置在激光產生單元11和吸收泡13之間的第一分光片151、正對第一分光片151的反射光路設置的第二光電檢測單元152，第二光電檢測單元152與伺服環路2電連接。
[0036]在本實施例中，激光產生單元11用于產生CPT原子頻標所需的激光，光學元件12用于將激光產生單元11產生的激光形成雙色相干激光。VCX03可以提供標準頻率信號的輸出。
[0037]在本實施例中，激光功率控制單元15用于控制激光產生單元11所產生的激光的功率，具體地，在CPT原子頻標穩定工作后，伺服環路2計算并存儲一段時間內第二光電檢測單元152所檢測到的激光的平均光強信號II，然后，伺服環路2再實時獲取第二光電檢測單元152檢測到的光強信號12，并對比12與II，當12大于Il時，伺服環路2減小輸入激光產生單元11的信號功率，以減小激光產生單元11產生的激光功率；當12小于Il時，伺服環路2增大輸入激光產生單元11的信號功率，以增大激光產生單元11產生的激光功率，進而使得激光產生單元11所產生的激光的功率處于動態平衡狀態，穩定性增強。
[0038]進一步地，進一步地，光學元件12可以為光柵，以使透過光學元件12激光形成一對相干激光。
[0039]進一步地，物理系統I還包括:為吸收泡13提供恒溫工作環境以及原子裂化用的磁場的控制單元16，以提高吸收泡13工作的精確度和穩定性。
[0040]具體地，參見圖3，激光產生單元11包括:激光器111、恒流源112、以及激光驅動器113，激光驅動器113分別與激光器111、恒流源112、以及伺服環路2電連接。
[0041]在本實施例中，恒流源112提供穩定的電流。激光驅動器113用于接收伺服環路2產生的微波探詢信號，并對恒流源112提供的電流進行調制后，驅動激光器111發射激光。
[0042]進一步地，激光產生單元11還包括:自穩頻114，該自穩頻114與激光器111電連接。
[0043]在本實施例中，由于激光器111工作的穩定性不高，在添加自穩頻114后，可以提高激光器111輸出激光頻率的穩定性。自穩頻114可以采用現有技術制備，這里不作詳細說明。
[0044]具體地，參見圖4，CPT原子頻標還包括:閉環時間檢測單元4，該閉環時間檢測單元4包括:與運算單元41、振蕩單元42、振蕩頻率檢測單元43、光隔離器44、以及第三光電檢測單元45，振蕩單元42由奇數個非門串聯構成且非門至少為I個，光隔離器44設置在第一分光片151和吸收泡13之間。
[0045]參見圖5，與運算單元41分別與伺服環路2和第三光電檢測單元45電連接，振蕩單元42分別與與運算單元41、光隔離器44、以及振蕩頻率檢測單元43電連接，振蕩頻率檢測單元43還與伺服環路2電連接。
[0046]物理系統I還包括:第二分光片46，該第二分光片46設置在光隔離器44和吸收泡13之間，第三光電檢測單元45正對第二分光片46的反射光路設置。
[0047]在本實施例中，振蕩頻率檢測單元43用于檢測振蕩單元42輸出端輸出信號的頻率。
[0048]在本實施例中，振蕩單元42由奇數個非門串聯構成，會產生自激振蕩。設非門的個數為N(大于O的奇數)，每個非門電路的平均傳輸時延遲間為t，則振蕩單元42的振蕩周期為T0。參見圖6，假定輸入振蕩單元42的信號初態為‘ I’，即為圖6中的Al (I)，則經過I個傳輸延遲t后變為‘0’，再經過I個傳輸延遲t變為‘I’，經過奇數N個傳輸延遲Nt后，初態‘I’變為‘0’，即為圖6中的AN(O)。因此，可以得到:T0 = 2Nto
[0049]在振蕩單元42串入CPT原子頻標中后，當物理系統I中的光隔離器44是‘開’狀態時，激光器11