基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置及方法，包括：双频法拉第激光模块，用于选模和滤光，输出双频激光；稳频模块，用于将双频激光中的一个激光频率锁定至相应的原子跃迁谱线，激光频率的锁定参考真正溯源；锁相环模块，用于锁定单腔双频激光同时输出产生的拍频信号；双频法拉第激光模块包括：镀增透膜二极管、双频法拉第反常色散原子滤光器、光学耦合输出镜以及压电陶瓷；所述镀增透膜二极管发出的宽带荧光中仅有两个特定频率的光通过双频法拉第反常色散原子滤光器后垂直入射至光学耦合输出镜，通过光学耦合输出镜的第一反射光，沿原路返回至镀增透膜二极管，形成光学谐振腔，实现两个激光模式的输出。出。出。

【技术实现步骤摘要】
基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置及方法


[0001]本专利技术涉及光生微波领域，尤其涉及一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置及方法。

技术介绍

[0002]微波信号广泛应用于人民的生产、生活，超高稳定度、低噪声的微波信号对于守时授时、导航定位、航空航天、国防军事更是具有重要意义。传统依靠晶振产生微波的方法在稳定度、噪声等方面均有一定的局限，利用光产生高质量微波信号是较好的解决途径。
[0003]具体来讲，对于光生微波主要包括两类方法：一类是通过两个频率锁定的激光进行拍频从而获得微波信号；一类是基于光学频率梳锁定任意梳齿，同时锁定光学频率梳载波包络相移频率，产生微波信号，或是利用双自由度均锁定的光学频率梳作为已有微波信号源的参考，利用微波信号源产生的微波信号与重复频率之间比对产生的误差，对微波源本身进行反馈控制，从而获得较高质量的微波信号。基于光学频率梳的光生微波方法，需要对光学频率梳的载波包络相移频率进行探测并进行锁定，虽然基于f
‑
2f方法或者2f
‑
3f(f为频率)能够实现对载波包络相移频率的检测，并实现简易锁定，但装置异常复杂，且载波包络相移频率非常敏感，影响因素较多，探测与锁定效果均存在较大不确定性，从而影响微波信号输出质量。相比较而言，通过两个频率锁定的激光进行拍频获得微波的方法装置更加简便，原理更加成熟，成本更加低廉，且产生的微波信号影响因素更少。
[0004]目前利用两个频率锁定的激光进行拍频获得微波信号的方法，激光频率锁定过程中一般利用超稳激光器作为频率参考，或是利用晶体作为激光传输介质，种子激光入射后产生双频激光，而后利用PID(比例积分微分控制器)控制晶体伸缩进行锁定，进而双频激光实现拍频获得微波信号，上述方法中激光频率锁定参考源存在一定误差，对产生的微波信号稳定度和噪声水平均有一定影响。
[0005]综上，一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置及方法可以有效解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置及方法，本专利技术以频率锁定至原子共振跃迁谱线的单腔双频激光为基本原理，利用光学拍频产生微波，目的在于实现超高频率稳定度、低噪声的微波产生，详见下文描述：
[0007]一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置，所述装置包括：
[0008]双频法拉第激光模块，用于选模和滤光，输出双频激光；
[0009]稳频模块，用于将双频激光中的一个激光频率锁定至相应的原子跃迁谱线，激光频率的锁定参考真正溯源；
[0010]锁相环模块，用于锁定单腔双频激光同时输出产生的拍频信号；
[0011]其中，双频法拉第激光模块包括：镀增透膜二极管、双频法拉第反常色散原子滤光
器、光学耦合输出镜以及压电陶瓷；
[0012]所述镀增透膜二极管发出的宽带荧光中仅有两个特定频率的光通过双频法拉第反常色散原子滤光器后垂直入射至光学耦合输出镜，通过光学耦合输出镜的第一反射光，沿原路返回至镀增透膜二极管，形成光学谐振腔，实现两个激光模式的输出。
[0013]其中，所述滤光器包括：透射光的偏振方向相互垂直第一格兰泰勒棱镜与第二格兰泰勒棱镜，一体化结构的第一铯原子气室与永磁铁；
[0014]所述镀增透膜二极管发出的宽带荧光通过第一格兰泰勒棱镜、第一铯原子气室后，宽带荧光中仅有两个特定频率的光在通过第一铯原子气室后偏振方向旋转90
°
，在通过第二格兰泰勒棱镜垂直入射至光学耦合输出镜。
[0015]进一步地，所述两个激光模式的频率分别对应于第一铯原子气室中碱金属原子基态的两个能级共振跃迁频率。
[0016]其中，所述稳频模块包括：
[0017]将信号发生器作为电光调制器的驱动信号，对第二反射光进行调制，将第一光电探测器探测到的光信号转换为电信号后输入至混频器，与信号发生器输出给电光调制器的驱动信号进行混频获得误差信号，将误差信号作为第一伺服控制器的输入，第一伺服控制器产生的输出用于反馈控制镀增透膜二极管的电流。
[0018]进一步地，所述锁相环模块包括：
[0019]利用第二光电探测器对第三反射光进行探测，第二光电探测器将探测到的光信号转换为电信号输入至鉴相器，利用微波原子钟产生的微波信号作为参考输入至鉴相器，鉴相器用于鉴别微波原子钟产生的参考信号与第二光电探测器探测到的第三反射光之间的误差，将误差输入至第二伺服控制器，第二伺服控制器产生的输出信号用于反馈控制压电陶瓷，控制谐振腔长。
[0020]一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波方法，所述方法包括：
[0021]调节双频法拉第激光模块时，在第一格兰泰勒棱镜后放置光功率计，旋转准直透镜使得镀增透膜二级管发射的荧光最大限度透过第一格兰泰勒棱镜的中心，且透过第一铯原子气室的中心；放置光学耦合输出镜和压电陶瓷，使得镀增透膜二极管发出的荧光垂直入射至耦合输出镜中心并沿原路返回至镀增透膜二极管；
[0022]放置第二格兰泰勒棱镜，使得入射光和经耦合输出镜反射回来的光均透过其中心，设定第一铯原子气室的温度，使得特定频率的光发生偏转，形成激光经光学耦合输出镜输出；
[0023]在光学耦合输出镜后放置光隔离器，在光隔离器后设置光功率计，调整光隔离器的入射面和出射面自带的偏振片，使得光通过光隔离器后输出功率最大；通过第一1/2波片的中心后通过第一偏振分光棱镜的中心，将入射光变为两束传播方向垂直的第一透射光和第一反射光；
[0024]经第一偏振分光棱镜中心的反射光通过第二1/2波片中心，入射至第二偏振分光棱镜中心后，入射光变为两束传播方向垂直的第二透射光和第二反射光；
[0025]调节稳频模块时，第二透射光经第一反射镜，透过第二铯原子气室中心后入射至第三偏振分光棱镜中心，由第一光电探测器进行探测；第二反射光经第三1/2波片中心、电光调制器中心、第四1/2波片的中心后，经第二反射镜入射至第三偏振分光棱镜中心，经反
射使得第四反射光与第二透射光合束；
[0026]第二1/2波片用于调节第二透射光和第二反射光的光强比例；第三1/2波片用于将第二反射光的偏振态由S偏振改为P偏振，第四1/2波片用于将经电光调制器调制后的光偏振态由P偏振改为S偏振；
[0027]调节锁相环模块时，第一透射光经第五1/2波片后，入射至第四偏振分光棱镜中心，第一透射光变为传播方向垂直的第三透射光和第三反射光；第三反射光由第二光电探测器探测，而后通过鉴相器鉴相，将鉴相获得的误差信号输入至第二伺服控制器；第五1/2波片用于调节第三透射光和第三反射光的光强比例；
[0028]依据第一伺服控制器和第二伺服控制器进行双频激光中任一频率锁定、两个激光模式频率之差的锁定，获得光生微波信号。
[0029]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0030]1、本专利技术以频率锁定至原子共振跃迁谱线的单腔双频激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置，其特征在于，所述装置包括：双频法拉第激光模块，用于选模和滤光，输出双频激光；稳频模块，用于将双频激光中的一个激光频率锁定至相应的原子跃迁谱线，激光频率的锁定参考真正溯源；锁相环模块，用于锁定单腔双频激光同时输出产生的拍频信号；其中，双频法拉第激光模块包括：镀增透膜二极管、双频法拉第反常色散原子滤光器、光学耦合输出镜以及压电陶瓷；所述镀增透膜二极管发出的宽带荧光中仅有两个特定频率的光通过双频法拉第反常色散原子滤光器后垂直入射至光学耦合输出镜，通过光学耦合输出镜的第一反射光，沿原路返回至镀增透膜二极管，形成光学谐振腔，实现两个激光模式的输出。2.根据权利要求1所述的一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置，其特征在于，所述滤光器包括：透射光的偏振方向相互垂直第一格兰泰勒棱镜与第二格兰泰勒棱镜，一体化结构的第一铯原子气室与永磁铁；所述镀增透膜二极管发出的宽带荧光通过第一格兰泰勒棱镜、第一铯原子气室后，宽带荧光中仅有两个特定频率的光在通过第一铯原子气室后偏振方向旋转90
°
，在通过第二格兰泰勒棱镜垂直入射至光学耦合输出镜。3.根据权利要求1所述的一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置，其特征在于，所述两个激光模式的频率分别对应于第一铯原子气室中碱金属原子基态的两个能级共振跃迁频率。4.根据权利要求1所述的一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置，其特征在于，所述稳频模块包括：将信号发生器作为电光调制器的驱动信号，对第二反射光进行调制，将第一光电探测器探测到的光信号转换为电信号后输入至混频器，与信号发生器输出给电光调制器的驱动信号进行混频获得误差信号，将误差信号作为第一伺服控制器的输入，第一伺服控制器产生的输出用于反馈控制镀增透膜二极管的电流。5.根据权利要求1所述的一种基于原子共振跃迁高稳定度、低噪声光生微波装置，其特征在于，所述锁相环模块包括：利用第二光电探测器对第三反射光进行探测，第二光电探测器将探测到的光信号转换为电信号输入至鉴相器，利用微波原子钟产生的微波信号作为参考输入至鉴相器，鉴相器用于鉴别微波原子钟产生的参考信号与第二光电探测器探...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景标，王志洋，缪健翔，史田田，
申请(专利权)人：浙江法拉第激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：