一种汞离子微波钟用光路系统及降低光噪声的方法技术方案

本申请公开了一种汞离子微波钟用光路系统及降低光噪声的方法，系统包括汞灯、汞离子囚禁室，还包括：球面透镜、至少一面双层膜平面反射镜；所述双层膜平面反射镜对波长194nm的光的反射率r1与对波长253nm的光的反射率r2的比值大于或等于9.6；汞灯发出的光依次经过球面透镜准直、再经双层膜平面反射镜反射、然后进入汞离子囚禁室，与汞离子囚禁室中的汞离子发生相互作用。本发明专利技术的方法，包含以下步骤：采用球面透镜将汞灯发出的光线准直成平行光线；采用至少一面双层膜平面反射镜将所述球面透镜射出的平行光线抑制光噪声；将所述双层膜平面反射镜多次反射的光线输入到汞离子囚禁室。本发明专利技术提高了汞灯光谱中波长194nm和253nm的光的抑制比，减小了系统的光噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种汞离子微波钟用光路系统及降低光噪声的方法
本申请涉及一种光路系统，尤其涉及一种汞离子微波钟用的光路系统及降低光噪声的方法。
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。汞离子微波钟采用194nm的光谱对汞离子的超精细能级进行抽运，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194nm的谱线，还有多根其他波长的谱线，其中253nm的谱线是幅度最大的，比194nm的强度大了将近50多倍。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，对汞灯中253nm的谱线进行了抑制，提高了波长194nm的光的透过比例，降低了光噪声，但对波长194nm的光和波长253nm的光的抑制比较低，约为10：1。现有技术存在对杂散光谱抑制比较低的问题，导致系统光噪声无法有效抑制。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出一种汞离子微波钟用光路系统及降低光噪声的方法。本申请提出的一种汞离子微波钟用光路系统，包括汞灯、汞离子囚禁室，还包括：球面透镜、至少一面双层膜平面反射镜；所述双层膜平面反射镜对波长194nm的光的反射率r1与对波长253nm的光的反射率r2的比值大于或等于9.6；汞灯发出的光依次经过球面透镜准直、再经双层膜平面反射镜反射、然后进入汞离子囚禁室，与汞离子囚禁室中的汞离子发生相互作用。优选的，所述汞离子微波钟用光路系统还包括缩束透镜组；所述缩束透镜组，将所述双层膜平面反射镜多次反射的平行光线缩束并输入到汞离子囚禁室。优选的，所述缩束透镜组由柱状透镜组成或者由棱形透镜组成。优选的，所述双层膜平面反射镜对波长194nm的光的反射率为96％，对波长253nm的光的反射率为10％。优选的，所述双层膜平面反射镜与所述球面透镜射出的平行光线成45度角。优选的，所述双层膜平面反射镜的数量为N，N小于或等于4，所述球面透镜射出的平行光线经所述双层膜平面反射镜反射的光线与下一面双层膜平面反射镜的法线成45度角。本专利技术还提供一种汞离子微波钟用光路系统降低光噪声的方法，包括以下步骤：采用球面透镜将汞灯发出的光线准直成平行光线；采用至少一面双层膜平面反射镜将所述球面透镜射出的平行光线抑制光噪声，所述双层膜平面反射镜对波长194nm的光的反射率r1与对波长253nm的光的反射率r2的比值大于或等于9.6；将所述双层膜平面反射镜多次反射的光输入到汞离子囚禁室。进一步地，还包括以下步骤：采用缩束透镜组将所述双层膜平面反射镜反射的平行光缩束。进一步地，所述双层膜平面反射镜的数量N满足[logrR]≤N≤4，其中r为所述双层膜平面反射镜对波长194nm的光的反射率r1与对波长253nm的光的反射率r2的比值，R为所述汞离子微波钟用光路系统对波长194nm的光和对波长253nm的光的抑制比。进一步地，当N等于2或3或4时，所述球面透镜射出的平行光线经所述双层膜平面反射镜反射的光线与下一面双层膜平面反射镜的法线成45度角。本专利技术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：本专利技术通过采用高抑制比的双层膜平面反射镜，使汞离子微波钟用光路系统对杂散光谱有着较高的抑制比，能够降低系统的噪声，提高探测信号的信噪比；本专利技术采用双层膜平面反射镜一次或多次反射技术，极大的提高了汞灯光谱中波长194nm的光和波长253nm的光的抑制比，减小了系统的光噪声，对于提高系统的信噪比起到了决定性的作用。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为本专利技术一种具体实施方式的结构示意图；图2为本专利技术一种包含缩束透镜组的具体实施方式的结构示意图；图3为一种包含更多双层膜平面反射镜的具体实施方式的结构示意图。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。本专利技术采用高抑制比的双层膜平面反射镜一次或多次反射技术，光线由汞灯发射出，依次经过球面透镜准直成平行光线，经过至少一面双层膜平面反射镜进行抑制光噪声，最佳地，再经缩束透镜组对平行光线进行缩束，最后到达汞离子囚禁室与汞离子囚禁室内的汞离子发生相互作用达到降低光噪声的目的。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给出了本专利技术一种具体实施方式的结构示意图，包括汞灯1、汞离子囚禁室5，还包括：球面透镜2、第一双层膜平面反射镜31和第二双层膜平面反射镜32；其中，所述第一、第二双层膜平面反射镜31，32对波长194nm的光的反射率r1与对波长253nm的光的反射率r2的比值大于或等于9.6；所述球面透镜2，将汞灯1发射出的光线准直成平行光线；所述第一、第二双层膜平面反射镜31，32，用于反射所述平行光线；汞灯1发出的光依次经过球面透镜2准直、再经第一双层膜平面反射镜31和第二双层膜平面反射镜32反射、然后进入汞离子囚禁室5，与汞离子囚禁室中的汞离子发生相互作用。如上所述的汞灯1为汞灯汞灯，球面透镜2的焦点位于汞灯汞灯1的发光平面，汞灯1发出的光线经过球面透镜2后进行准直，准直后的光线为近似的平行光线。第一双层膜平面反射镜31与准直后的平行光线成45度角，经过第一双层膜平面反射镜31反射后，反射光线与第一双层膜平面反射镜31的法线成45度角，以与第二双层膜平面反射镜32的法线成45度角入射至第二双层膜平面反射镜32，经过第二双层膜平面反射镜32后平行光线进入汞离子囚禁室5，与囚禁的汞离子进行相互作用。图2给出了本专利技术一种具体实施方式的结构示意图，包括汞灯1、汞离子囚禁室5，还包括：球面透镜2、第一双层膜平面反射镜31和第二双层膜平面反射镜32、缩束透镜组4；所述球面透镜2，将汞灯1发射出的光线准直成平行光线；所述第一双层膜平面反射镜31和第二双层膜平面反射镜32，用于反射所述平行光线；所述缩束透镜组4，将所述双层膜平面反射镜多次反射的平行光线缩束并输入到汞离子囚禁室5；汞灯发出的光依次经过球面透镜2准直、再经第一双层膜平面反射镜3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系统，包括汞灯、汞离子囚禁室，其特征在于，还包括：球面透镜、至少一面双层膜平面反射镜；所述双层膜平面反射镜对波长194nm的光的反射率r1与对波长253nm的光的反射率r2的比值大于或等于9.6；汞灯发出的光依次经过球面透镜准直、再经双层膜平面反射镜反射、然后进入汞离子囚禁室，与汞离子囚禁室中的汞离子发生相互作用。

【技术特征摘要】
1.一种汞离子微波钟用光路系统，包括汞灯、汞离子囚禁室，其特征在于，还包括：球面透镜、至少一面双层膜平面反射镜；所述双层膜平面反射镜对波长194nm的光的反射率r1与对波长253nm的光的反射率r2的比值大于或等于9.6；汞灯发出的光依次经过球面透镜准直、再经双层膜平面反射镜反射、然后进入汞离子囚禁室，与汞离子囚禁室中的汞离子发生相互作用。2.如权利要求1所述汞离子微波钟用光路系统，其特征在于，所述汞离子微波钟用光路系统还包括缩束透镜组；所述缩束透镜组，将所述双层膜平面反射镜多次反射的平行光线缩束并输入到汞离子囚禁室。3.如权利要求1所述汞离子微波钟用光路系统，其特征在于，所述双层膜平面反射镜对波长194nm的光的反射率为96％，对波长253nm的光的反射率为10％。4.如权利要求1所述光路系统，其特征在于，所述双层膜平面反射镜与所述球面透镜射出的平行光线成45度角。5.如权利要求1所述汞离子微波钟用光路系统，其特征在于，所述双层膜平面反射镜的数量为N，N小于或等于4，所述球面透镜射出的平行光线经所述双层膜平面反射镜反射的光线与下一面双层膜平面反射镜的法线成45度角。6.如权利要求2所述汞离子微波钟用光路系统，其特征在于，所述缩束透...

【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