本发明专利技术提供一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟及其实现方法。本发明专利技术的基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟包括：657nm激光器、超稳激光稳频系统、第一分光镜、光放大器、光斑缩束装置、声光调制器、钙原子炉、423nm激光器、第二分光镜、原子束管、光电探测器以及伺服反馈控制电路。该原子束光钟稳定性高。该原子束光钟稳定性高。该原子束光钟稳定性高。
【技术实现步骤摘要】
一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟及其实现方法
[0001]本专利技术涉及光学频率标准
，特别涉及一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟及其实现方法。
技术介绍
[0002]光频原子钟(光钟)是通过将预稳定的激光来探测极窄的原子跃迁谱线形成的。在光钟的形成过程中，几乎不受干扰的量子态和高相位相干性的激光器相结合，能够产生高稳定度的激光源。现如今，光钟在基础物理研究和先进应用技术方面等研究进展中发挥着巨大的作用，促进了在光学领域对于秒的重新定义。其中，先进应用技术方面包括引力波探测、超低相位噪声微波源、广义相对论检验和基于时钟网络的全球位势动态变化的检测等。
[0003]然而，现有的冷原子光钟具有体积庞大以及系统结构复杂的缺点，因而难以搬离实验室并实现室外应用，限制了冷原子光钟在与时频相关领域的发展。虽然热原子束光钟相较于现有冷原子光钟体积更小，可以搬运，但是现有的热原子束光钟还存在稳定性较差的缺点。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟，稳定度高，应用范围广泛。
[0005]本专利技术提供一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟的实现方法，该实现方法能够得到稳定的原子束光钟。
[0006]本专利技术提供一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟，其中，包括：包括：657nm激光器、超稳激光稳频系统、第一分光镜、光放大器、光斑缩束装置、声光调制器、钙原子炉、423nm激光器、第二分光镜、原子束管、光电探测器以及伺服反馈控制电路；
[0007]其中，所述钙原子炉喷射钙原子形成钙原子束，所述原子束管套设于所述钙原子束外部，所述原子束管沿钙原子喷射方向依次包括原子束管前窗、原子作用区以及原子束管后窗；
[0008]所述423nm激光器的出光端朝向所述第一分光镜，所述第一分光镜出射的423nm透射光进入所述原子束管前窗，产生423nm钙原子跃迁谱线，用于将423nm激光器锁定在原子谱线上；
[0009]所述657nm激光器的出光端朝向所述第二分光镜，所述第二分光镜的反射光出光端朝向所述超稳激光稳频系统，所述超稳激光稳频系统的信号输出端与所述657nm激光器的伺服信号输入端连接；
[0010]所述第二分光镜的透射光出光端朝向所述光放大器，所述光放大器的出光端朝向所述声光调制器，所述声光调制器的出光端朝向所述光斑缩束装置，所述第二分光镜的透射光出光端出射的657nm透射光依次经光放大器、声光调制器以及所述光斑缩束装置进入所述原子作用区，产生657nm钟跃迁谱线；
[0011]所述第一分光镜出射的423nm反射光进入所述原子束管后窗，得到钟跃迁信号；
[0012]所述光电探测器的信号输出端与所述伺服反馈控制电路的信号输入端连接，所述伺服反馈控制电路的信号输出端与所述声光调制器的信号输入端连接，所述光电探测器被配置为探测并转化所述钟跃迁信号以得到误差信号，所述伺服反馈控制电路用于根据所述误差信号反馈控制所述声光调制器。
[0013]如上所述的原子束光钟，其中，还包括第一反射镜，所述光斑缩束装置出射的657nm透射光经M次反射形成4束657nm透射光，4束657nm透射光分别进入所述原子作用区，M≥3。
[0014]如上所述的原子束光钟，其中，4束657nm透射光相互平行。
[0015]如上所述的原子束光钟，其中，还包括第二反射镜，所述第二反射镜用于使所述423nm透射光射入所述原子束管前窗。
[0016]如上所述的原子束光钟，其中，还包括第三反射镜，所述第三反射镜用于使所述423nm反射光垂直进入所述原子束管后窗。
[0017]如上所述的原子束光钟，其中，还包括第三分光镜，所述声光调制器的出光端朝向所述第三分光镜，657nm激光经所述声光调制器进入所述第三分光镜，所述第三分光镜出射的657nm透射光进入所述光斑缩束装置。
[0018]本专利技术还提供一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟的实现方法，其中，所述实现方法用于实现如上所述的原子束光钟，包括以下步骤：
[0019]钙原子炉喷射钙原子形成钙原子束，原子束管套设于所述钙原子束外部，所述原子束管沿钙原子喷射方向依次包括原子束管前窗、原子作用区以及原子束管后窗；
[0020]经423nm激光器的出光端出射的423nm激光进入第一分光镜，得到423nm透射光以及423nm反射光；
[0021]使所述423nm透射光进入所述原子束管前窗，得到423nm钙原子跃迁谱线；
[0022]经657nm激光器的出光端出射的657nm激光进入第二分光镜，得到657nm透射光以及657nm反射光；
[0023]所述657nm反射光进入所述超稳激光稳频系统得到误差信号，根据所述误差信号对所述657nm激光器进行锁定；
[0024]所述657nm透射光依次经所述光放大器、所述声光调制器以及所述光斑缩束装置进入所述原子作用区，产生657nm钟跃迁谱线；
[0025]使所述423nm反射光进入所述原子束管后窗，得到钟跃迁信号；
[0026]使用光电探测器探测并转化所述钟跃迁信号得到误差信号，所述误差信号经光电探测器的信号输出端进入伺服反馈控制电路，所述伺服反馈控制电路根据误差信号反馈控制声光调制器。
[0027]如上所述的原子束光钟的实现方法，其中，还包括，使所述光斑缩束装置出射的657nm透射光经M次反射形成4束657nm透射光，4束657nm透射光分别进入所述原子作用区，M≥3。
[0028]如上所述的原子束光钟的实现方法，其中，4束657nm透射光相互平行。
[0029]如上所述的原子束光钟的实现方法，其中，还包括使用第三分光镜对所述声光调制器出射的657nm激光进行分光，经第三分光镜出射的657nm透射光进入所述光斑缩束装置。
[0030]本专利技术的基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟，光斑缩束装置能够对依次经光放大器、声光调制器处理后的657nm透射光进行缩束处理，得到光斑面积为微米量级的657nm透射光，光斑面积为微米量级的657nm透射光进入原子作用区中，能够与原子作用区中的钙原子相互作用纳秒量级的时间，从而实现相互作用的渡越时间(657nm透射光与原子作用区的钙原子相互作用的渡越时间)与原子的速率分布精确匹配，有利于大幅度提升原子束光钟内非零速原子的利用效率和谱线的信噪比，降低原子束光钟量子投影的噪声极限，提高原子束光钟的稳定性。
[0031]本专利技术的基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟的实现方法，使用光斑缩束装置依次对经光放大器、声光调制器处理后的657nm透射光进行缩束，并结合拉姆塞谱光谱技术，压缩拉姆塞谱光谱脉冲宽度至纳秒量级，以精准匹配原子的速率分布与激光相互作用的渡越时间，提升原子利用效率和谱线信噪比，降低光钟量子投影噪声极限，提高原子束光钟的稳定性。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或相关技术中的技术方案，下面对本专利技术实施例或相关技术描述中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于纳秒脉冲拉姆塞谱的原子束光钟，其特征在于，包括：657nm激光器、超稳激光稳频系统、第一分光镜、光放大器、光斑缩束装置、声光调制器、钙原子炉、423nm激光器、第二分光镜、原子束管、光电探测器以及伺服反馈控制电路；其中，所述钙原子炉喷射钙原子形成钙原子束，所述原子束管套设于所述钙原子束外部，所述原子束管沿钙原子喷射方向依次包括原子束管前窗、原子作用区以及原子束管后窗；所述423nm激光器的出光端朝向所述第一分光镜，所述第一分光镜出射的423nm透射光进入所述原子束管前窗，产生423nm钙原子跃迁谱线，用于将423nm激光器锁定在原子谱线上；所述657nm激光器的出光端朝向所述第二分光镜，所述第二分光镜的反射光出光端朝向所述超稳激光稳频系统，所述超稳激光稳频系统的信号输出端与所述657nm激光器的伺服信号输入端连接；所述第二分光镜的透射光出光端朝向所述光放大器，所述光放大器的出光端朝向所述声光调制器，所述声光调制器的出光端朝向所述光斑缩束装置，所述第二分光镜的透射光出光端出射的657nm透射光依次经光放大器、声光调制器以及所述光斑缩束装置进入所述原子作用区，产生657nm钟跃迁谱线；所述第一分光镜出射的423nm反射光进入所述原子束管后窗，得到钟跃迁信号；所述光电探测器的信号输出端与所述伺服反馈控制电路的信号输入端连接，所述伺服反馈控制电路的信号输出端与所述声光调制器的信号输入端连接，所述光电探测器被配置为探测并转化所述钟跃迁信号以得到误差信号，所述伺服反馈控制电路用于根据所述误差信号反馈控制所述声光调制器。2.根据权利要求1所述的原子束光钟，其特征在于，还包括第一反射镜，所述光斑缩束装置出射的657nm透射光经M次反射形成4束657nm透射光，4束657nm透射光分别进入所述原子作用区，M≥3。3.根据权利要求2所述的原子束光钟，其特征在于，4束657nm透射光相互平行。4.根据权利要求1
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3任一项所述的原子束光钟，其特征在于，还包括第二反射镜，所述第二反射镜用于使所述423nm透射光射入所述原子束管前窗。5.根据权利要求1
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4任一项所述的原子束光钟，其特征在于，还包括第三反射镜，所述第三...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈景标，潘多，刘天宇，赵天，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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