本申請涉及原子鐘，尤其涉及一種基于速度光柵譜的銣原子鐘及實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
1、時間單位是國際單位制規(guī)定的七個基本單位之一，原子鐘是目前測量時間頻率標準的基礎(chǔ)應(yīng)用，世界各國都在致力于研制更高性能的原子鐘。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，銣原子鐘相比于其他原子鐘具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于攜帶、易于工程化等優(yōu)點，已大量應(yīng)用于通信、導(dǎo)航等領(lǐng)域。銣原子鐘分為譜燈抽運銣原子鐘和激光抽運銣原子鐘。
3、然而，譜燈的光功率密度低且頻率不穩(wěn)定，抽運效率受到限制，導(dǎo)致物理系統(tǒng)的原子利用率僅為千分之幾，制約了穩(wěn)定度進一步提高；而傳統(tǒng)的激光抽運銣鐘激光源線寬較窄，在一定程度上限制了電信號的信噪比，從而限制了銣原子鐘的系統(tǒng)穩(wěn)定度。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請實施例提供基于速度光柵譜的銣原子鐘及實現(xiàn)方法，用以達到提高銣原子鐘系統(tǒng)穩(wěn)定度的效果。
2、第一方面，本申請實施例提供一種基于速度光柵譜的銣原子鐘，包括：多頻相干激光源、偏振分光棱鏡、透鏡組、銣泡、微波諧振腔、光電管、鎖相放大器、積分放大模塊、晶體振蕩器、頻率合成器、相位頻率調(diào)制模塊和激光穩(wěn)頻模塊；其中，多頻相干激光源位于偏振分光棱鏡之前，用于將包含速度光柵譜信息的激光信號傳輸至偏振分光棱鏡；偏振分光棱鏡與透鏡組和激光穩(wěn)頻模塊相鄰，用于將激光信號分成兩路，兩路分別為透射光束和反射光束，反射光束射入激光穩(wěn)頻模塊進行激光穩(wěn)頻；透鏡組與銣泡相鄰，用于將透射光束射入銣泡，并與銣原子相互作用；微波諧振腔圍繞銣泡，用于為銣泡提供穩(wěn)定的電磁場；銣泡與光電管相鄰，用于保證從銣泡中出射的光信號能夠被光電管接收；光電管的輸出端與鎖相放大器的輸入端電連接，光電管用于探測躍遷譜線，并將躍遷譜線轉(zhuǎn)化由光信號轉(zhuǎn)化為電信號；鎖相放大器的輸出端與積分放大模塊和晶體振蕩器依次進行電連接，鎖相放大器用于對光電管輸出的電信號進行解調(diào)并輸出至積分放大模塊，積分放大模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換為線性增加電壓，并將線性增加電壓傳遞至晶體振蕩器；晶體振蕩器的輸出端依次與頻率合成器和相位調(diào)制模塊進行電連接，晶體振蕩器用于提供初始微波信號，初始微波信號經(jīng)過頻率合成器的倍頻處理后生成對應(yīng)87rb原子超精細能級躍遷頻率的微波信號，微波信號通過相位頻率調(diào)制模塊進行調(diào)制處理后得到用于反饋控制的誤差信號；相位調(diào)制模塊通過線路連接微波諧振腔，用于將誤差信號傳遞至微波諧振腔，微波諧振腔根據(jù)誤差信號調(diào)整電磁場以使銣原子鐘穩(wěn)定鎖定。
3、在一種可能的實施方式中，透鏡組包括第一透鏡和第二透鏡；第一透鏡用于將透射光束進行擴束；第二透鏡用于將擴束后的透射光束進行準直以使擴束后的透射光束進行準直，使其變?yōu)槠叫泄狻?/p>
4、在一種可能的實施方式中，微波諧振腔外圍還包括加熱制冷裝置、保溫裝置和熱敏電阻；其中，加熱制冷裝置與保溫裝置共同作用以保證銣泡的溫度恒定；熱敏電阻用于測量銣泡的工作溫度。
5、在一種可能的實施方式中，速度光柵譜信息通過對多頻相干激光源進行多頻調(diào)制獲得，或者通過脈沖調(diào)制獲得。
6、在一種可能的實施方式中，多頻相干激光源為外腔激光器或dfb激光器或dbr激光器或其他類型激光器。
7、在一種可能的實施方式中，激光穩(wěn)頻模塊采用飽和吸收譜穩(wěn)頻或調(diào)制轉(zhuǎn)移譜穩(wěn)頻或緊湊型pdh穩(wěn)頻。
8、在一種可能的實施方式中，還包括二分之一波片；二分之一波片放置于偏振分光棱鏡之前，并與多頻相干激光源和偏振分光棱鏡緊密相鄰，用于調(diào)節(jié)激光信號的強度。
9、在一種可能的實施方式中，銣泡中充有銣原子和惰性氣體，惰性氣體作為緩沖氣體。
10、在一種可能的實施方式中，初始微波信號為5mhz或10mhz；87rb原子超精細能級躍遷的微波頻率信號為6.8ghz微波頻率信號。
11、第二方面，本申請實施例提供一種基于速度光柵譜的銣原子鐘的實現(xiàn)方法，應(yīng)用于第一方面及第一方面各種可能的實施方式中的銣原子鐘，包括：對多頻相干激光源進行調(diào)制以獲得包含速度光柵譜信息的激光信號，經(jīng)過偏振分光棱鏡將激光信號分成兩路，一路為反射光束，一路為透射光束；反射光束射入激光穩(wěn)頻模塊，對多頻相干激光源進行激光穩(wěn)頻；透射光束經(jīng)過透鏡組進行擴束和準直，射入銣泡與銣原子相互作用，同時微波諧振腔提供電磁場以激勵銣泡中的銣原子發(fā)生能級躍遷；光電管探測躍遷譜線，并將躍遷譜線由光信號轉(zhuǎn)化為電信號，并將電信號傳遞至鎖相放大器，以使鎖相放大器對電信號進行解調(diào)后輸出至積分放大模塊；積分放大模塊將解調(diào)后的直流電壓轉(zhuǎn)換為線性增加電壓，并將線性增加電壓傳遞至晶體振蕩器；晶體振蕩器生成初始微波信號，并通過頻率合成器倍頻處理后生成對應(yīng)87rb原子超精細能級躍遷頻率的微波信號；微波信號通過相位頻率調(diào)制模塊進行調(diào)制處理后得到用于反饋控制的誤差信號，并將誤差信號傳遞至微波諧振腔；微波諧振腔根據(jù)誤差信號調(diào)整電磁場以使銣原子鐘穩(wěn)定鎖定。
12、本申請實施例提供的基于速度光柵譜的銣原子鐘及實現(xiàn)方法，利用多頻相干激光作為激光源，通過對多頻相干激光源進行多頻調(diào)制或脈沖調(diào)制產(chǎn)生包含速度光柵譜的激光信號，可以與不同速度群的銣原子相互作用，使得更多的銣原子參與到對于電信號的貢獻中，從而大幅提升銣原子鐘的系統(tǒng)穩(wěn)定度。
1.一種基于速度光柵譜的銣原子鐘，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銣原子鐘，其特征在于，所述透鏡組包括第一透鏡和第二透鏡；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銣原子鐘，其特征在于，所述微波諧振腔外圍還包括加熱制冷裝置、保溫裝置和熱敏電阻；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銣原子鐘，其特征在于，所述速度光柵譜信息通過對所述多頻相干激光源進行多頻調(diào)制獲得，或者通過脈沖調(diào)制獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銣原子鐘，其特征在于，所述多頻相干激光源為外腔激光器或dfb激光器或dbr激光器或其他類型激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銣原子鐘，其特征在于，所述激光穩(wěn)頻模塊采用飽和吸收譜穩(wěn)頻或調(diào)制轉(zhuǎn)移譜穩(wěn)頻或緊湊型pdh穩(wěn)頻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銣原子鐘，其特征在于，還包括二分之一波片；
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的銣原子鐘，其特征在于，所述銣泡中充有銣原子和惰性氣體，所述惰性氣體作為緩沖氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銣原子鐘，其特征在于，所述初始微波信號為5mhz或10mhz；所述87rb原子超精細能級躍遷的微波頻率信號為6.8ghz微波頻率信號。
10.一種基于速度光柵譜的銣原子鐘的實現(xiàn)方法，其特征在于，應(yīng)用于如權(quán)利要求1至9任一項所述的銣原子鐘，包括：