【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于长度计量测试领域，具体涉及一种基于铷原子双光子跃迁的高稳定芯片化波长标准装置。
技术介绍
1、长度计量所涉及的领域很广，包括量块、线纹、角度、量仪、粗糙度、齿轮及其它有关的精密测量等。在长度计量领域内，除角度是一无量纲单位外，其余所有量值最终都溯源到长度的基本单位“米”上。长度计量在国防、科研、农业生产、工业生产、交通运输和医疗卫生等各个领域都发挥着重要作用。
2、传统的激光器波长标准，是将激光频率稳定到光学参考腔上，科学家们采用各种方法来降低外界环境对参考腔的干扰，提高光学参考腔的稳定度。例如采用低膨胀系数材料制成光学参考腔，进行温度控制，腔体放置在隔振台上进行隔振，并且进行竖直放置等。因此，传统波长标准体积庞大、价格昂贵、操作专业、数量稀少，无法满足大量的使用需求。波长标准的研究趋向小尺寸、低功耗、坚固耐用、易于集成和操作、具有应用所需的工作范围和不确定度等方向发展。目前，文献中报道到的波长标准装置通常采用pdh(pound-drever-hall)技术实现激光器稳频，虽然激光频率稳定度较高，但是体积较大，不便于搬运，对环境要求较高，应用范围局限于实验室。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于铷原子双光子跃迁的高稳定芯片化波长标准装置，能够实现小体积、高精度、高稳定度、可便携的芯片化波长标准，有利于将波长标准从实验室推向室外。
2、本专利技术的一个方面提供一种基于铷原子双光子跃迁的高稳定芯片化波长标准装置，包括激光器、隔离器、激
3、激光器输出的激光依次通过隔离器、激光功率控制器、第一分束器，由第一分束器分成第一透射光和第一反射光，第一透射光通过第一光阑，第一反射光通过第二分束器，由第二分束器分成第二透射光和第二反射光，第二反射光输出波长标准，第二透射光通过第三分束器，由第三分束器分成第三透射光和第三反射光，第三透射光通过第二光阑，第三反射光通过光阑控制模块，光阑控制模块用于控制第一光阑和第二光阑的开关；
4、在激光频率稳定度低于设定值的情况下，第一光阑打开，第二光阑关闭，激光通过第一光阑进入热原子模块，通过第一光电探测器和第一稳频模块，输出误差信号反馈给激光器控制模块，通过激光器控制模块控制激光器，将激光波长锁定至热原子跃迁能级，实现激光频率的初稳频；
5、在激光频率稳定度达到设定值的情况下，第一光阑关闭，第二光阑打开，激光通过第二光阑进入冷原子模块，通过第二光电探测器和第二稳频模块，输出误差信号反馈给激光器控制模块，通过激光器控制模块控制激光器，将激光波长锁定至冷原子跃迁能级，实现激光频率的再稳频和线宽压缩，并通过第二分束器输出高稳定波长标准。
6、优选地，所述热原子模块包括第一铷原子气室、无磁加热装置、第一磁屏蔽罩；
7、其中第一铷原子气室内部封装有铷原子，无磁加热装置用于为第一铷原子气室提供无磁加热，第一磁屏蔽罩用于隔绝地磁场以及外界杂散磁场给第一铷原子气室内的铷原子能级带来影响。
8、优选地，所述冷原子模块包括冷原子系统、第二铷原子气室、第二磁屏蔽罩；
9、其中冷原子系统采用激光冷却技术或光晶格囚禁技术来制备铷冷原子，第二铷原子气室内部封装有铷原子；第二磁屏蔽罩用于隔绝地磁场以及外界杂散磁场给第二铷原子气室内的铷原子能级带来影响。
10、优选地，所述光阑控制模块包括光学频率测量模块、数据处理模块、控制模块；
11、其中光学频率测量模块用于测量激光频率，数据处理模块用于计算激光频率稳定度，控制模块用于控制第一光阑和第二光阑的开关。
12、优选地，第一光电探测器和第二光电探测器分别用于探测第一铷原子气室和第二铷原子气室内铷原子的荧光信号，并且将光信号转换成电信号。
13、优选地，第一稳频模块和第二稳频模块分别包括滤波放大器、乘法器、移相器、低通滤波器以及信号源，得到误差信号，反馈给所述激光器控制模块。
14、优选地，所述激光器为波长778nm的半导体激光二极管，所述激光器包括分布式布拉格反射激光器、分布式反馈激光器、可调谐外部腔二极管激光器。
15、优选地，热原子模块和冷原子模块采用mems原子气室，与激光器、隔离器、激光功率控制器、第一分束器、第二分束器、第三分束器、光阑控制模块、第一光阑、第一光电探测器、第一稳频模块、第二光阑、第二光电探测器、第二稳频模块和激光器控制模块集成封装在一起。
16、本专利技术上述方面的基于铷原子双光子跃迁的高稳定芯片化波长标准装置通过基于原子气室的初稳频和再稳频，可以提高芯片化波长标准的频率稳定度，压缩激光线宽，并且具有小体积、可集成、低成本的优点。
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1.一种基于铷原子双光子跃迁的高稳定芯片化波长标准装置，其特征在于，包括激光器、隔离器、激光功率控制器、第一分束器、第二分束器、第三分束器、光阑控制模块、第一光阑、热原子模块、第一光电探测器、第一稳频模块、第二光阑、冷原子模块、第二光电探测器、第二稳频模块和激光器控制模块；
2.如权利要求1所述的波长标准装置，其特征在于，所述热原子模块包括第一铷原子气室、无磁加热装置、第一磁屏蔽罩；
3.如权利要求1或2所述的波长标准装置，其特征在于，所述冷原子模块包括冷原子系统、第二铷原子气室、第二磁屏蔽罩；
4.如权利要求1-3中任一项所述的波长标准装置，其特征在于，所述光阑控制模块包括光学频率测量模块、数据处理模块、控制模块；
5.如权利要求1-4中任一项所述的波长标准装置，其特征在于，第一光电探测器和第二光电探测器分别用于探测第一铷原子气室和第二铷原子气室内铷原子的荧光信号，并且将光信号转换成电信号。
6.如权利要求1-5中任一项所述的波长标准装置，其特征在于，第一稳频模块和第二稳频模块分别包括滤波放大器、乘法器、移相器、低通滤
7.如权利要求1-6中任一项所述的波长标准装置，其特征在于，所述激光器为波长778nm的半导体激光二极管，所述激光器包括分布式布拉格反射激光器、分布式反馈激光器、可调谐外部腔二极管激光器。
8.如权利要求1-7中任一项所述的波长标准装置，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种基于铷原子双光子跃迁的高稳定芯片化波长标准装置，其特征在于，包括激光器、隔离器、激光功率控制器、第一分束器、第二分束器、第三分束器、光阑控制模块、第一光阑、热原子模块、第一光电探测器、第一稳频模块、第二光阑、冷原子模块、第二光电探测器、第二稳频模块和激光器控制模块；
2.如权利要求1所述的波长标准装置，其特征在于，所述热原子模块包括第一铷原子气室、无磁加热装置、第一磁屏蔽罩；
3.如权利要求1或2所述的波长标准装置，其特征在于，所述冷原子模块包括冷原子系统、第二铷原子气室、第二磁屏蔽罩；
4.如权利要求1-3中任一项所述的波长标准装置，其特征在于，所述光阑控制模块包括光学频率测量模块、数据处理模块、控制模块；
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雅丽，李维，李昱东，李小宽，冯梁森，韩艳晨，陈佳旭，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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