一种离子微波钟用光路装置和调节方法制造方法及图纸

本申请公开了一种汞离子微波钟用光路装置和调节方法。本申请的装置包括汞灯，球面透镜，衍射光栅，汞离子囚禁室。本申请还提供了调节方法，包括以下步骤：将所述汞灯发出的光经过所述球面透镜进行准直；通过所述衍射光栅，将所述被准直的光线分离出波长分别为194nm和253nm的光线；用所述汞离子囚禁室对波长194nm的光线进行泵浦。本申请解决现有汞离子微波钟的系统噪声高的问题。通过波长194nm的泵浦光和波长253nm的杂散光谱进行空间分离，大幅提高了泵浦光和杂散光的抑制比，能够降低系统的噪声，提高探测信号的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种离子微波钟用光路装置和调节方法
本申请涉及激光
，尤其涉及一种汞离子微波钟用光路装置和方法。
技术介绍
汞离子微波钟具有体积小、稳定度指标高的优点。在卫星导航、空间探测、守时授时、计量等领域有着广泛的应用。目前美国JPL(喷气动力实验室)研制的汞离子钟的稳定度已经达到了4E-14/τ1/2的水平，已高于目前的主动型氢原子钟的水平。波长194nm的光路系统是汞离子微波钟的重要组成部分，目前多采用射频汞灯来产生波长194nm的光谱，但是汞灯产生的光谱比较杂，不仅有波长194nm的谱线，还有多根其他波长的谱线，其中波长253nm的谱线是幅度最大的，比波长194nm光的强度大了将近50多倍，会引入很高的噪声，影响系统Ramsey条纹的探测。JPL采用一次圆柱面反射的方式，提高了波长194nm的光强，降低了光噪声，但波长194nm和253nm光的抑制比较低。与采用反射镜的方式不同，反射镜对不同波长的光谱的反射率不同，但在空间内无法实现不同波长光谱的分离。
技术实现思路
本申请提出了一种汞离子微波钟用光路装置和调节方法，解决现有汞离子微波钟的系统噪声高的问题。本申请实施例提供一种汞离子微波钟用光路装置，包括：汞灯，球面透镜，衍射光栅，汞离子囚禁室。所述球面透镜，用于将所述汞灯发出的光线准直为平行光。所述衍射光栅，用于分离波长为194nm和253nm的光线。所述汞离子囚禁室，用于接收所述衍射光栅分离出的波长为194nm的光线，对汞离子实现泵浦。优选的，本申请的装置还包括透镜组，用于收缩分离出的波长为194nm的光线的光束范围。优选的，本申请的装置还包括中心波长为194nm的滤波片，用于在所述衍射光栅之后对分离出来的波长为194nm的光束范围进行滤波。在本申请的任意一项实施例中，所述衍射光栅为衍射光栅或透射光栅。在本申请的任意一项实施例中，所述透镜组由至少2个柱形透镜组成或由至少2个棱形透镜组成。本申请实施例还提供一种汞离子微波钟用光路装置的调节方法，包括以下步骤：将所述汞灯发出的光线准直；使用衍射光栅将波长为194nm和253nm的光线分离；对汞离子进行泵浦。优选的，本申请的方法还包括以下步骤：在对汞离子进行泵浦之前，收缩波长为194nm的光束范围。优选的，本申请的方法还包括以下步骤：在对汞离子进行泵浦之前，对波长194nm的光线进行滤波。本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：与现有汞离子微波钟用的光路装置和方法比较，本申请将波长194nm和253nm的光谱进行空间分离，调节角度合适时，可将波长为253nm光完全滤除，提高了波长194nm和253nm光的抑制比，减小了系统的光噪声，提高了系统的信噪比，有利于提高汞离子微波钟的整体性能。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为汞离子微波钟用光路装置实施例的结构示意图；图2为汞离子微波钟用光路装置调节方法的流程图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。汞离子微波钟具有体积小、稳定度指标高的优点。在卫星导航、空间探测、守时授时、计量等领域有着广泛的应用。目前美国JPL(喷气动力实验室)研制的汞离子钟的稳定度已经达到了4E-14/τ1/2的水平，已高于目前的主动型氢原子钟的水平。汞离子微波钟采用波长194nm的光谱对汞离子的超精细能级进行泵浦，在40.5GHz的微波作用下高能级的原子跃迁至低能级，产生荧光信号，被探测系统采集。当微波信号频率在一定范围内扫频时，光探测系统会得到Ramsey信号，将标准信号源锁定在Ramsey信号上可以获得极高稳定度的输出信号。波长194nm的光路系统是汞离子微波钟的重要组成部分，目前多采用射频汞灯来产生波长194nm的光谱，采用汞灯比使用激光器具有体积小、可靠性高、可连续工作的优点。但是汞灯产生的光谱比较杂，不仅有波长194nm的谱线，还有多根其他波长的谱线，其中波长253nm的谱线是幅度最大的，比波长194nm光的强度大了将近50多倍，会引入很高的噪声，影响系统Ramsey条纹的探测。JPL的J.D.Prestage等人(“TheJPLTrappedIonFrequencyStandardDevelopment”19thPTTI，1987；“Ultra-StableHg+TrappedIonFrequencyStandardDevelopment”22thPTTI，1990；)采用一次圆柱面反射的方式，该圆柱面反射镜对波长194nm光具有高的反射率，对波长253nm光具有极低的反射率。经过反射后，对汞灯中波长253nm的谱线进行了抑制，提高了波长194nm的光强，降低了光噪声，但波长194nm和253nm光的抑制比较低，在进入汞离子气室前约为10：1。与采用反射镜的方式不同，反射镜对不同波长的光谱的反射率不同，但在空间内无法实现不同波长光谱的分离。以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。图1为汞离子微波钟用光路装置实施例的结构示意图。本申请实施例1提供一种汞离子微波钟用光路装置，包括：汞灯1，球面透镜2，衍射光栅3，汞离子囚禁室5。所述球面透镜，用于将所述汞灯发出的光线准直为平行光；所述衍射光栅，用于分离波长为194nm和253nm的光线；所述汞离子囚禁室，用于接收所述衍射光栅分离出的波长为194nm的光线，对汞离子实现泵浦。例如，当衍射光栅为透射光栅时，汞灯光1发出光线经过球面透镜2后进行准直。准直后的光线为近似的平行光。调整衍射光栅3与平行光的角度θ1，并用光谱仪在衍射光栅3的后方确定波长253nm的透射光的透射角度θ2和波长194nm透射光的透射角度θ3。在确定θ2和θ3时，沿圆周方向移动光谱仪的探头，当探测到所需波长时，即为该波长的衍射方向，由此可以确定与衍射光栅3的角度。由于衍射光栅3会产生多级光谱，而这些光谱中大部分能量集中在一级光谱内，所以需要沿垂直于θ3的方向移动光谱仪探头，寻找到幅度最大的位置，该位置为一级衍射峰。将汞离子囚禁室5置于沿θ2和θ3方向传播光线的交叉点外，可以避免波长253nm光线进入离子囚禁室5，仅使波长194nm光线进入汞离子囚禁室5，对汞离子实现泵浦。需要说明的是，图1使用透射光栅作为本实施例示意图。如果采用反射光栅，则沿θ2和θ3方向传播光线位于反射光栅沿角度θ1入射的平行光的同侧，采用上述方向确定波长194nm光的一级衍射峰后，将汞离子囚禁室5置于沿θ2和θ3方向传播光线的交叉点外。采用反射光栅还是透射光栅与汞离子微波钟所需的空间限制有关。在本专利技术的一个实施例中，被所述衍射光栅分离出的波长194nm的光线直接进入汞离子囚禁室5。作为本专利技术进一步优化的实施例，所述汞离子微波钟用的光路装置，还包括：透镜组4，用于收缩分离出的波长为194nm的光线的光束范围。在本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汞离子微波钟用光路装置，其特征在于，包括：汞灯，球面透镜，衍射光栅，汞离子囚禁室；所述球面透镜，用于将所述汞灯发出的光线准直为平行光；所述衍射光栅，用于分离波长为194nm和253nm的光线；所述汞离子囚禁室，用于接收所述衍射光栅分离出的波长为194nm的光线，对汞离子实现泵浦。

【技术特征摘要】
1.一种汞离子微波钟用光路装置，其特征在于，包括：汞灯，球面透镜，衍射光栅，汞离子囚禁室；所述球面透镜，用于将所述汞灯发出的光线准直为平行光；所述衍射光栅，用于分离波长为194nm和253nm的光线；所述汞离子囚禁室，用于接收所述衍射光栅分离出的波长为194nm的光线，对汞离子实现泵浦。2.如权利要求1所述的汞离子微波钟用光路装置，其特征在于，还包括透镜组，用于收缩分离出的波长为194nm的光线的光束范围。3.如权利要求1所述的汞离子微波钟用光路装置，其特征在于，还包括中心波长为194nm的滤波片，用于在所述衍射光栅之后对分离出来的波长为194nm的光束范围进行滤波。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海波，王暖让，杨仁福，赵环，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11