碱金属气室原子钟系统技术方案

一种碱金属气室原子钟系统，包括第一原子气室和第二原子气室。通过所述数字信号处理器输出第一时序控制所述第一激光信号，所述数字信号处理器输出第二时序控制所述第二激光信号。从而可以使得所述第一原子气室和第二原子气室交替锁定所述晶振。通过交替锁定所述晶振减小了Dick效应，从而使得所述碱金属气室原子钟系统可以具有更加稳定的频率输出。另外，晶振的成本较低。因此，本发明专利技术提供的碱金属气室原子钟系统，具有成本低且稳定性高的优点。

Alkali metal gas chamber atomic clock system

An alkali metal gas chamber atomic clock system includes a first atomic gas chamber and a second atomic gas chamber. The first laser signal is controlled by outputting the first timing signal through the digital signal processor, and the digital signal processor outputs second timing control of the second laser signal. Thereby, the first atomic gas chamber and the second atomic air chamber can alternately lock the crystal oscillator. By alternately locking the crystal oscillator, the Dick effect is reduced so that the alkali metal gas chamber atomic clock system can have a more stable frequency output. In addition, the cost of crystal oscillator is low. Therefore, the alkali metal gas chamber atomic clock system provided by the invention has the advantages of low cost and high stability.

【技术实现步骤摘要】
碱金属气室原子钟系统
本专利技术涉及精密仪器
，尤其涉及一种碱金属气室原子钟系统。
技术介绍
高性能、紧凑型和低功耗原子钟的发展对众多科学研究和工业生产都有着重要的意义。原子钟的应用包括引力波探测，广义相对论的验证，新一代卫星导航定位，网络同步以及移动平台上的守时系统。在众多类型的原子钟里，碱金属气室原子钟凭借其简单的结构和较高的稳定度，越来越引起人们的兴趣。近些年来，伴随着激光器等技术的发展，基于光学-微波双共振(Optical-MicrowaveDoubleResonance,OMDR)、脉冲相干布局囚禁(CoherencePopulationTrapping,CPT)、脉冲光泵浦(PulsedOpticalPumping,POP)和脉冲积分球(Integratingsphere)等技术的实验室级碱金属气室原子钟原子钟的短期稳定度都达到了1-4×10-13τ-1/2的量级，比现在商用的铷灯光抽运的原子钟提高了大概两个量级，在短期稳定度上也不断接近氢钟的指标。限制上述碱金属气室原子钟的原子短期稳定度的主要因素包括：量子投影噪声、激光器的相对强度噪声、频率-幅度调制转换噪声和Dick效应带来的晶振噪声。早在1990年，G.J.Dick就发现了Dick效应。但由于Dick效应量级较小，在当时并不是原子钟的短期稳定度的主要制约因素。但随着脉冲式相干布局囚禁(Ramsey-CPT)原子钟的应用，原子钟的短期稳定度逐渐接近量子投影噪声极限。Dick效应也逐渐变为制约碱金属气室型原子钟的短期稳定度的一项重要因素。为了减小原子钟的Dick效应，可以采用相位噪声性质更优秀的振荡器(例如低温蓝宝石振荡器等)来取代普通晶振。但是上述相位噪声性质更优秀的振荡器的结构复杂且价格昂贵。从而导致了具有上述结构的碱金属气室原子钟整体的体积较大、成本较高。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种体积小、成本低且能够减小Dick效应的碱金属气室原子钟系统。一种碱金属气室原子钟系统，包括晶振、与所述晶振连接的频率综合器、与所述晶振和所述数字信号处理器连接的比例积分微分器、以及激光发生装置，所述晶振发出的频率信号经过所述频率综合器转换成微波信号，所述微波信号输入所述激光发生装置中，对所述激光发生装置发出的激光进行调制，其特征在于，进一步包括：第一原子气室和第二原子气室，所述激光发生装置发出的激光被所述微波信号调制分成进入所述第一原子气室的第一激光信号以及进入所述第二原子气室第二激光信号，所述第一原子气室和所述第二原子气室为碱金属原子气室；与所述激光发生装置连接的数字信号处理器，所述数字信号处理器输出第一时序控制所述第一激光信号，所述数字信号处理器输出第二时序控制所述第二激光信号；与所述数字信号处理器连接的光电感测装置，所述光电感测装置用于接收经由所述第一原子气室和所述第二原子气室的输出的光信号并将其转化为电信号传输给所述数字信号处理器，所述数字信号处理器根据所述电信号计算出纠偏信号；所述比例积分微分器根据所述纠偏信号对所述晶振输出的频率信号进行调节。在其中一个实施例中，所述激光发生装置包括激光器、电光调制器、分光装置、第一声光调制器、第二声光调制器和激光时序调整器，所述微波信号和所述激光器发出的激光进入所述光电调制器中，所述微波信号对所述激光进行调制，调制后的所述激光通过所述分光装置分成两束相同强度的所述第一激光信号和所述第二激光信号，所述激光时序调整器与所述数字信号处理器连接。在其中一个实施例中，所述分光装置为非偏振分光棱镜。在其中一个实施例中，所述激光发生装置还包括设置于所述激光器与所述电光调制器之间的半波片。在其中一个实施例中，所述激光时序调整器包括与所述第一声光调制器连接的第一射频开关、与所述第二声光调制器连接的第二射频开关、以及与所述第一射频开关和所述第二射频开关连接的射频源，所述第一射频开关和所述第二射频开关与所述数字信号处理器连接。在其中一个实施例中，所述光电感测装置包括与所述数字信号处理器连接的第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一光电探测器用于将所述第一原子气室输出的光信号转化为电信号，所述第二光电探测器用于将所述第二原子气室的输出的光信号转化为电信号。在其中一个实施例中，进一步包括第一磁屏蔽装置和第二磁屏蔽装置，所述第一磁屏蔽装置内设置有第一磁场线圈和第一原子气室加热器，所述第二磁屏蔽装置内设置有第二磁场线圈和第二原子气室加热器，所述第一磁屏蔽装置给所述第一原子气室提供磁屏蔽，所述第二磁屏蔽装置给所述给所述第二原子气室提供磁屏蔽。在其中一个实施例中，所述晶振为晶体振荡器。在其中一个实施例中，所述第一时序的自由演化时间与所述第二时序的激光泵浦时间至少部分重合。在其中一个实施例中，所述第一原子气室与所述第二原子气室交替锁定所述晶振，所述第一原子气室处于自由演化状态时，所述第二原子气室处于激光泵浦状态。本专利技术提供的碱金属气室原子钟系统，包括第一原子气室和第二原子气室。通过所述数字信号处理器输出第一时序控制所述第一激光信号，所述数字信号处理器输出第二时序控制所述第二激光信号。从而可以使得所述第一原子气室和第二原子气室交替锁定所述晶振。通过交替锁定所述晶振减小了Dick效应，从而使得所述碱金属气室原子钟系统可以具有更加稳定的频率输出。另外，晶振的成本较低。因此，本专利技术提供的碱金属气室原子钟系统，具有成本低且稳定性高的优点。附图说明图1为脉冲式相干布局囚禁式原子钟工作时序图；图2为本专利技术一个实施例的碱金属气室原子钟系统的结构框图；图3为本专利技术一个实施例的碱金属气室原子钟系统的结构框图；图4为本专利技术一个实施例的碱金属气室原子钟系统的结构框图；图5为本专利技术一个实施例的碱金属气室原子钟系统的结构框图；图6为本专利技术实施例的碱金属气室原子钟系统工作时的光路示意图；图7为本专利技术实施例的碱金属气室原子钟系统的工作时序图；图8为本专利技术实施例的碱金属气室原子钟系统工作时误差信号获取的示意图。主要元件符号说明碱金属气室原子钟系统100第一射频开关104第二射频开关106射频源108晶振110频率综合器120激光发生装置130激光器131光电调制器132分光装置133第一声光调制器134激光时序调整器135第二声光调制器136第一原子气室140第一磁屏蔽装置142第二原子气室150第二磁屏蔽装置152光电感测装置160第一光电探测器162第二光电探测器164数字信号处理器170比例积分微分器180具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参见图1，为脉冲式相干布局囚禁式原子钟工作时序图。所述脉冲式相干布局囚禁原子钟工作过程包括光泵浦、自由演化和探测三个部分。其中τ表示光泵浦时间，T表示自由演化时间，τm表示探测时刻，τA表示探测积分时间，Tc表示环路时间。由图1的时序图可知，原子只有在自由演化T期间才能感受到本振输出信号的相位变化，而在光泵浦时间τ和探测积分时间τA中本振相位是没有被锁定到原子上的，这段时间又被称作为死区时间Td。死区时间Td就导致在一个工作周期Tc内，脉冲式相干布局囚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱金属气室原子钟系统，包括晶振、与所述晶振连接的频率综合器、与所述晶振和所述数字信号处理器连接的比例积分微分器、以及激光发生装置，所述晶振发出的频率信号经过所述频率综合器转换成微波信号，所述微波信号输入所述激光发生装置中，对所述激光发生装置发出的激光进行调制，其特征在于，进一步包括：第一原子气室和第二原子气室，所述激光发生装置发出的激光被所述微波信号调制分成进入所述第一原子气室的第一激光信号以及进入所述第二原子气室第二激光信号，所述第一原子气室和所述第二原子气室为碱金属原子气室；与所述激光发生装置连接的数字信号处理器，所述数字信号处理器输出第一时序控制所述第一激光信号，所述数字信号处理器输出第二时序控制所述第二激光信号；与所述数字信号处理器连接的光电感测装置，所述光电感测装置用于接收经由所述第一原子气室和所述第二原子气室的输出的光信号并将其转化为电信号传输给所述数字信号处理器，所述数字信号处理器根据所述电信号计算出纠偏信号；所述比例积分微分器根据所述纠偏信号对所述晶振输出的频率信号进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种碱金属气室原子钟系统，包括晶振、与所述晶振连接的频率综合器、与所述晶振和所述数字信号处理器连接的比例积分微分器、以及激光发生装置，所述晶振发出的频率信号经过所述频率综合器转换成微波信号，所述微波信号输入所述激光发生装置中，对所述激光发生装置发出的激光进行调制，其特征在于，进一步包括：第一原子气室和第二原子气室，所述激光发生装置发出的激光被所述微波信号调制分成进入所述第一原子气室的第一激光信号以及进入所述第二原子气室第二激光信号，所述第一原子气室和所述第二原子气室为碱金属原子气室；与所述激光发生装置连接的数字信号处理器，所述数字信号处理器输出第一时序控制所述第一激光信号，所述数字信号处理器输出第二时序控制所述第二激光信号；与所述数字信号处理器连接的光电感测装置，所述光电感测装置用于接收经由所述第一原子气室和所述第二原子气室的输出的光信号并将其转化为电信号传输给所述数字信号处理器，所述数字信号处理器根据所述电信号计算出纠偏信号；所述比例积分微分器根据所述纠偏信号对所述晶振输出的频率信号进行调节。2.如权利要求1所述的碱金属气室原子钟系统，其特征在于，所述激光发生装置包括激光器、电光调制器、分光装置、第一声光调制器、第二声光调制器和激光时序调整器，所述微波信号和所述激光器发出的激光进入所述光电调制器中，所述微波信号对所述激光进行调制，调制后的所述激光通过所述分光装置分成两束相同强度的所述第一激光信号和所述第二激光信号，所述激光时序调整器与所述数字信号处理器连接。3.如权利要求2所述的碱金属气室原子钟系统，其特征在于，所述分光装置为非偏振分光棱镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建伟，孙晓林，程鹏飞，左娅妮，王力军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11