专利名称：能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及原子能级跃迁探测技术领域，主要适用于能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统。
背景技术：
在原子钟的实际应用中，压控晶振器将信号输出到综合模块和微波倍混频模块；综合模块给接收到的信号加上一个小调频，再将微波调制信号输出到微波倍混频模块和伺服模块；微波倍混频模块先对压控晶振器的输出信号进行倍频，再将经过倍频的信号和由综合模块的输出的微波调制信号进行混频，生成微波探测信号，将微波探测信号作用于原子共振跃迁模块；透过原子共振跃迁模块的光照射到光电池上产生量子鉴频光电信号(外接电阻并经过了电反相)。由光电池输出的量子鉴频光电信号的频率和照射到它上面的光强成正比。当输入的微波探测信号频率正好等于原子基态超精细跃迁频率时(f=fo)，原子共振跃迁模块中的原子吸收光子最多，透射光最弱，量子鉴频光电信号的频率最低。当微波探测信号的中心频率高于原子基态超精细跃迁频率(Dftl)时，光电池的输出信号和微波调制信号同频同相，通过伺服模块进行同步鉴相产生一个负的纠偏电压，并作用在压控晶振器上，使压控晶体振荡器输出信号的频率降低；当微波探测信号的中心频率低于原子基态超精细跃迁频率(Kftl)时，光电池的输出信号和微波调制信号同频反相，通过伺服模块进行同步鉴相产生一个正的纠偏电压，并作用在压控晶振器上，使压控晶体振荡器输出信号的频率升高；当微波探测信号的中心频率等于原子基态超精细跃迁频率(f = fo)时，光电池的输出信号的频率是微波调制信号的频率的2倍，利用伺服模块的同步鉴相不产生纠偏电压，从而将压控晶体振荡器的输出频率锁在原子基态的0 — 0跃迁共振点上。但是，目前的原子能级跃迁动态探测的频率范围较大，因此，整个原子钟的原子能级跃迁动态探测的精度较低，从而降低了原子钟的使用效率。这将会对原子钟的一些特殊应用带来影响，如对精确制导、授时等带来较大误差。综上所述，设计出一种能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统是十分有必要的。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统，它能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测的频率范围，从而提高整个原子钟的原子能级跃迁动态探测的精度。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统，包括:信号发生器、压控晶振器及恒压源；所述恒压源的输出端与所述压控晶振器的输入端连接，压控晶振器的第一输出端与所述信号发生器的第一输入端连接；压控晶振器的第二输出 端与原子钟的微波倍混频模块连接；原子钟的伺服模块的输出端与信号发生器的第二输入端连接，信号发生器的输出端与原子钟的综合模块连接。进一步地，所述信号发生器的型号为安捷伦公司生产的33250A。进一步地，所述恒压源的型号为源谷电子有限公司生产的IPA16-30LA。本实用新型的有益效果在于:本实用新型提供的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统在保持由压控晶振器输出到原子钟的微波倍混频模块的信号频率不变的前提下，通过由原子钟的伺服模块输出的纠偏电压改变信号发生器的输出信号的频率，即改变输入到原子钟的综合模块的信号频率；基于原子钟的综合模块的信号频率的转换能力远小于微波倍混频模块的信号频率的转换能力的特点，缩小了原子能级跃迁动态探测的频率范围，从而提高了整个原子钟的原子能级跃迁动态探测的精度。
图1为本实用新型实施例提供的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统的结构示意图。图2为使用本实用新型实施例提供的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统前后的原子能级跃迁动态探测频率范围的对照图。
具体实施方式
为进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统的具体实施方式
及工作原理进行详细说明。由图1可 知，本实用新型实施例提供的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统包括:信号发生器、恒压源及压控晶振器；恒压源的输出端与压控晶振器的输入端连接，压控晶振器的第一输出端与信号发生器的第一输入端连接；压控晶振器的第二输出端与原子钟的微波倍混频模块连接；原子钟的伺服模块的输出端与信号发生器的第二输入端连接，信号发生器的输出端与原子钟的综合模块连接。综合模块的第一输出端与微波倍混频模块连接，综合模块的第二输出端与伺服模块的第二输入端连接；微波倍混频模块的输出端与原子钟的原子共振跃迁模块的第一输入端连接；原子钟的光源与原子共振跃迁模块的第二输入端连接；原子共振跃迁模块的输出端与原子钟的光电池的输入端连接；光电池的输出端与伺服模块的第一输入端连接。在本实施例中，信号发生器的型号为安捷伦公司生产的33250A，恒压源的型号为源谷电子有限公司生产的IPA16-30LA。在对本实用新型实施例提供的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统进行分析时，需要引入频率转换系数的概念。频率转换系数是输出信号的频率和输入信号频率的比值，表示原子钟的功能模块对信号频率的转换能力。例如:微波倍混频模块的输入信号的频率为10MHz，其输出信号的频率为6840MHz，故微波倍混频模块的频率转换系数A=6840/10=684。综合模块的输入信号的频率为10MHz，其输出信号的频率为
5.3125MHz，故综合模块的频率转换系数B=5.3125/10 ^ 0.5。本实用新型实施例提供的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统在工作时，首先按照原子钟的工艺需求设置微波倍混频模块的输出信号的频率、综合模块的输出信号的频率和恒压源的输出信号的频率，其中恒压源的输出信号的频率为基准信号频率，在本实施例中，基准信号频率为IOMHz ;恒压源将基准信号输出到压控晶振器，使压控晶振器输出固定频率《1为IOMHz的信号。压控晶振器输出的固定频率为《1的信号一路输出到信号发生器，用作信号发生器的外部时钟基准，因此，信号发生器在压控晶振器输出的固定频率为《1的信号的参考前提下，信号发生器输出的频率为《2的信号拥有和压控晶振器输出的固定频率为《1的信号一样的频率特性(如稳定性)，即《2=10MHz。信号发生器再输出频率为《2的信号至综合模块完成《2*B的生成。压控晶振器同时输出另一路固定频率为的信号至微波倍混频模块，微波倍混频模块对接收到的固定频率信号进行射频倍频和微波倍频，即完成《 1*A。综合模块对接收的频率为《2的信号施加一个小调频，生成微波调制信号，再将微波调制信号一路输出至微波倍混频模块，另一路输出至原子钟的伺服模块。微波倍混频模块将 接收到的微波调制信号和经倍频的信号进行混频，生成微波探测信号F，即完成F= l*A- 2*B，并将微波探测信号作用在原子钟的原子共振跃迁模块。原子共振跃迁模块在光源的作用下，经光电池获得相应的量子鉴频光电信号，并将量子鉴频光电信号传送至伺服模块。伺服模块对接收到的量子鉴频光电信号和微波调制信号进行同步鉴相，再输出相应的纠偏电压作用于信号发生器。参照原子钟传统闭环锁定的工作原理，为实现原子能级的动态探测，信号发生器输出信号的频率《2的大小受纠偏电压控制，从而使信号发生器输出信号的频率《2发生变化，以进一步使微波探测信号F发生变化，最终达到F=A的动态平衡，其中，f0为原子能级跃迁频率。由公式F= 1*A- 2*B可知，最终的微波探测信号F由《1、《2、A、B决定，由于A、B和《 I都是固定不变的，变化的只有《2，故变化的项是《2*B，这样就减小了F= 1*A- 2*B中A的贡献。在不考虑《 I存在漂移的情况下，实现了整个微波探测信号F的探测精度只由综合模块的频率转换系数B决定。由于原子钟必须将探测用的微波信号准确设定在原子钟所需的量级上，故首先需要采用倍频将探测信号放大在这个量级上；其次需要采用混频，将探测信号准确的设定在这个量级上，所以原子钟的微波倍混频模块的频率转换系数A远大于原子钟的综合模块的频率转换系数B，这样就大大缩小了原子能级跃迁动态探测的频率范围。如图2所示，F代表微波探测信号频率，f0代表原子基态超精细结构0-0跃迁的中心频率，V为光电池采集获得的光强大小，AFa为使用本实用新型前原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围，AFb为使用本实用新型后原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围，由图2可知，使用本实用新型后原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围AF^j、于使用本实用新型前原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围AFa，因此本实用新型实施例提供的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统大大缩小了原子能级跃迁动态探测的频率范围，从而提高了整个原子钟的原子能级跃迁动态探测的精度。本实用新型实施例提供的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统在保持由压控晶振器输出到原子钟的微波倍混频模块的信号频率不变的前提下，通过由原子钟的伺服模块输出的纠偏电压改变信号发生器的输出信号的频率，即改变输入到原子钟的综合模块的信号频率；基于原子钟的综合模块的信号频率的转换能力远小于微波倍混频模块的信号频率的转换能力的特点，缩小了原子能级跃迁动态探测的频率范围，从而提高了整个原子钟的原子能级跃迁动态探测的精度。最后所应说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新·型的权利要求范围当中。
权利要求1.能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统，其特征在于，包括:信号发生器、压控晶振器及恒压源；所述恒压源的输出端与所述压控晶振器的输入端连接，压控晶振器的第一输出端与所述信号发生器的第一输入端连接；压控晶振器的第二输出端与原子钟的微波倍混频模块连接；原子钟的伺服模块的输出端与信号发生器的第二输入端连接，信号发生器的输出端与原子钟的综合模块连接。
2.如权利要求1所述的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统，其特征在于，所述信号发生器的型号为安捷伦公司生产的33250A。
3.如权利要求1或2所述的能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统，其特征在于，所述 恒压源的型号为源谷电子有限公司生产的IPA16-30LA。
专利摘要本实用新型涉及原子能级跃迁探测技术领域，公开了一种能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测频率范围的系统，包括信号发生器、压控晶振器及恒压源；恒压源的输出端与压控晶振器的输入端连接，压控晶振器的第一输出端与信号发生器的第一输入端连接；压控晶振器的第二输出端与原子钟的微波倍混频模块连接；原子钟的伺服模块的输出端与信号发生器的第二输入端连接，信号发生器的输出端与原子钟的综合模块连接。本实用新型能够缩小原子钟的原子能级跃迁动态探测的频率范围，从而提高整个原子钟的原子能级跃迁动态探测的精度。
文档编号H03L7/26GK203151469SQ20132005945
公开日2013年8月21日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者雷海东 申请人:江汉大学