一种原子钟鉴频信号探测系统技术方案

本发明专利技术公开一种原子钟鉴频信号探测系统，所述探测系统包括：原子钟控制电路系统、第一光学系统、物理系统、第二光学系统和微波脉冲合成器；第一光学系统生成线偏振光；物理系统根据双微波脉冲信号产生鉴频信号，用于实现原子钟频率的闭环锁定，并旋转线偏振光的偏振方向；第二光学系统利用光弹调制技术，确定经过物理系统后发生旋转的探测光在垂直方向的分量；原子钟控制电路系统利用互相关检测技术，根据探测光在垂直方向的分量确定原子钟频率闭环锁定的误差电压信号；微波脉冲合成器根据误差电压信号生成6.8GHz的双微波脉冲信号。本发明专利技术结合光弹调制技术和互相关检测技术，以提高原子钟鉴频信号的信噪比以及频率稳定性。

A detection system for frequency discrimination signal of atomic clock

【技术实现步骤摘要】
一种原子钟鉴频信号探测系统
本专利技术涉及光探测
，特别是涉及一种原子钟鉴频信号探测系统。
技术介绍
铷原子钟具有功耗低、体积小、可靠性高和符合卫星载荷要求的特点，非常适合于空间应用，作为卫星导航系统的星载钟。脉冲光抽运铷原子钟在时间上将光抽运过程与微波激励过程分离开，让光场和微波场分别与原子相互作用，避免了光与微波的相干耦合，理论上可消除原子钟的光频移，提高原子钟中长期稳定度。专利号为CN102799103A的“具有高对比度鉴频信号的铷原子钟”基于磁光旋转效应，利用正交偏振光探测技术，在物理系统前后两端放置两个正交的格兰泰勒棱镜，探测光的旋转角度或者光在垂直方向的分量，消除了背景光强，获得对比度大于90％的钟跃迁谱线，同时相较于传统的吸收法光探测，大大提高了探测灵敏度。但是由于物理系统中铷泡的长度有限，探测偏振光的旋转角度很小，导致光强信号的绝对强度较小，信噪比较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种原子钟鉴频信号探测系统，以提高原子钟鉴频信号的信噪比以及频率稳定性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种原子钟鉴频信号探测系统，所述探测系统包括：原子钟控制电路系统、第一光学系统、物理系统、第二光学系统和微波脉冲合成器；所述第一光学系统用于生成线偏振光；所述物理系统设置在所述第一光学系统的输出光路上，所述物理系统与所述微波脉冲合成器对应设置，所述物理系统根据双微波脉冲信号产生鉴频信号，用于实现原子钟频率的闭环锁定，并使得所述线偏振光的偏振方向发生旋转；所述第二光学系统设置在所述物理系统的输出光路上，所述第二光学系统用于确定经过物理系统后发生旋转的探测光在垂直方向的分量；所述原子钟控制电路系统设置在所述第二光学系统的输出光路上，所述原子钟控制电路系统用于根据所述探测光在垂直方向的分量确定原子钟频率闭环锁定的误差电压信号和探测偏振光的旋转角度；所述微波脉冲合成器与所述原子钟控制电路系统电连接，所述微波脉冲合成器用于利用所述误差电压信号控制生成6.8GHz的双微波脉冲信号。可选的，所述原子钟控制电路系统包括：光电探测器，设置在所述第二光学系统输出光路上，用于将探测光在垂直方向的分量转换成电信号；光弹调制器驱动控制器，与所述第二光学系统电连接，用于输出谐振频率f0的驱动电压信号，并发送至所述第二光学系统；锁相放大器，分别与所述光弹调制器驱动控制器和所述光电探测器电连接，用于根据驱动电压信号对所述电信号进行放大、解调处理，获得谐波分量；原子钟伺服控制模块，与锁相放大器电连接，用于根据所述谐波分量确定原子钟频率闭环锁定的误差电压信号。可选的，所述第一光学系统包括：激光器，用于产生795nm的激光；隔离器，设置在所述激光器的输出光路上，用于所述激光单向通过；起偏器，设置在所述隔离器的输出光路上，用于将隔离后的所述激光转换成线偏振光。可选的，所述第二光学系统包括：四分之一波片，设置在所述物理系统7的输出光路上，所述四分之一波片光轴方向与所述起偏器的光轴方向相同，用于将线偏振光变为椭圆偏振光；光弹调制器，设置在所述四分之一波片输出光路上，所述光弹调制器的光轴方向与所述起偏器的光轴方向夹角为45°，与所述原子钟控制电路系统电连接，用于根据所述驱动电压信号对所述椭圆偏振光进行调制；检偏器，设置在所述光弹调制器的输出光路上，所述检偏器的光轴方向与所述起偏器的光轴方向夹角为90°，用于根据调制后的椭圆偏振光确定探测光在垂直方向的分量。可选的，所述物理系统包括：磁屏蔽筒、微波腔和铷蒸汽泡，所述铷蒸汽泡设置在所述微波腔内，所述微波腔设置在所述磁屏蔽筒内，所述铷蒸汽泡与所述微波脉冲合成器对应设置。可选的，所述微波脉冲合成器包括：受控晶振，与所述原子钟控制电路系统电连接，用于根据误差电压信号控制生成10MHz频率信号；微波频率发生器，与所述受控晶振电连接，与所述物理系统对应设置，用于利用10MHz频率信号根据频率合成方法产生6.8GHz的双微波脉冲信号，并馈送至所述物理系统。可选的，所述激光器为半导体激光器。可选的，所述探测偏振光的旋转角度的具体公式为：θ＝V1f/(2I0αm)；其中，θ为探测偏振光的旋转角度，I0为探测光光强，V1f为谐波分量，αm为光弹调制深度。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开一种原子钟鉴频信号探测系统，所述探测系统包括：原子钟控制电路系统、第一光学系统、物理系统、第二光学系统和微波脉冲合成器；第一光学系统生成线偏振光；物理系统根据双微波脉冲信号产生鉴频信号，用于实现原子钟频率的闭环锁定，并使得所述线偏振光的偏振方向发生旋转；第二光学系统利用光弹调制技术，确定经过物理系统后发生旋转的探测光在垂直方向的分量；原子钟控制电路系统利用互相关检测技术，根据所述探测光在垂直方向的分量确定原子钟频率闭环锁定的误差电压信号；所述微波脉冲合成器利用所述误差电压信号控制生成6.8GHz的双微波脉冲信号。本专利技术结合光弹调制技术和互相关检测技术，根据所述探测光的旋转角度随微波脉冲频率的变化得到原子钟的鉴频信号，从理论上消除了机械抖动、由环境引起的光学部件的波动以及半导体激光源强度波动、频率和功率起伏所带来的噪声，原子钟鉴频信号的信噪比得以提高，进而提高原子钟的频率稳定度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例原子钟鉴频信号探测系统结构框图；图2为本专利技术实施例原子钟鉴频信号探测系统具体结构框图。1、原子钟控制电路系统，11、光电探测器，12、光弹调制器驱动控制器，13、锁相放大器，14、原子钟伺服控制模块，2、第一光学系统，21、激光器，22、隔离器，23、起偏器，3、物理系统，31、磁屏蔽筒，32、微波腔，33、铷蒸汽泡，4、第二光学系统，41、四分之一波片，42、光弹调制器，43、检偏器，5、微波脉冲合成器，51、受控晶振，52、微波频率发生器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种原子钟鉴频信号探测系统，以提高原子钟鉴频信号的信噪比以及频率稳定性。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例原子钟鉴频信号探测系统结构框图；如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原子钟鉴频信号探测系统，其特征在于，所述探测系统包括：/n原子钟控制电路系统、第一光学系统、物理系统、第二光学系统和微波脉冲合成器；/n所述第一光学系统用于生成线偏振光；/n所述物理系统设置在所述第一光学系统的输出光路上，所述物理系统与所述微波脉冲合成器对应设置，所述物理系统根据双微波脉冲信号产生鉴频信号，用于实现原子钟频率的闭环锁定，并使得所述线偏振光的偏振方向发生旋转；/n所述第二光学系统设置在所述物理系统的输出光路上，所述第二光学系统用于确定经过物理系统后发生旋转的探测光在垂直方向的分量；/n所述原子钟控制电路系统设置在所述第二光学系统的输出光路上，所述原子钟控制电路系统用于根据所述探测光在垂直方向的分量确定原子钟频率闭环锁定的误差电压信号；/n所述微波脉冲合成器与所述原子钟控制电路系统电连接，所述微波脉冲合成器用于利用所述误差电压信号控制生成6.8GHz的双微波脉冲信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种原子钟鉴频信号探测系统，其特征在于，所述探测系统包括：
原子钟控制电路系统、第一光学系统、物理系统、第二光学系统和微波脉冲合成器；
所述第一光学系统用于生成线偏振光；
所述物理系统设置在所述第一光学系统的输出光路上，所述物理系统与所述微波脉冲合成器对应设置，所述物理系统根据双微波脉冲信号产生鉴频信号，用于实现原子钟频率的闭环锁定，并使得所述线偏振光的偏振方向发生旋转；
所述第二光学系统设置在所述物理系统的输出光路上，所述第二光学系统用于确定经过物理系统后发生旋转的探测光在垂直方向的分量；
所述原子钟控制电路系统设置在所述第二光学系统的输出光路上，所述原子钟控制电路系统用于根据所述探测光在垂直方向的分量确定原子钟频率闭环锁定的误差电压信号；
所述微波脉冲合成器与所述原子钟控制电路系统电连接，所述微波脉冲合成器用于利用所述误差电压信号控制生成6.8GHz的双微波脉冲信号。


2.根据权利要求1所述的原子钟鉴频信号探测系统，其特征在于，所述原子钟控制电路系统包括：
光电探测器，设置在所述第二光学系统输出光路上，用于将探测光在垂直方向的分量转换成电信号；
光弹调制器驱动控制器，与所述第二光学系统电连接，用于输出谐振频率f0的驱动电压信号，并发送至所述第二光学系统；
锁相放大器，分别与所述光弹调制器驱动控制器和所述光电探测器电连接，用于根据驱动电压信号对所述电信号进行放大、解调处理，获得谐波分量；
原子钟伺服控制模块，与锁相放大器电连接，用于根据所述谐波分量确定原子钟频率闭环锁定的误差电压信号和探测偏振光的旋转角度。


3.根据权利要求1所述的原子钟鉴频信号探测系统，其特征在于，所述第一光学系统包括：
激光器，用于产生795nm的激光；
隔离器，设置在所述激光器的输出光路上，用于所述激光单向通过；
起偏器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：鱼志健，杜志静，刘艳艳，胡秀文，王柯穆，张首刚，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61