一种原子频标的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及原子频标领域，特别涉及一种原子频标。
【背景技术】
[0002]原子频标是一种具有优良稳定度和准确度的频率源，广泛应用于卫星定位和导航、守时授时、通信、仪器仪表以及天文等领域。
[0003]现有的原子频标包括光源、原子共振跃迀模块、光电检测模块、压控晶体振荡器、综合模块、倍混频模块、以及伺服模块。压控晶体振荡器输出的10MHz的频率信号经过综合模块获得5.3124MHz的信号，经过倍混频模块获得6840MHz的信号，5.3124MHz的信号和6840MHz的信号混频获得6834.6875MHz的微波探询信号(6834.6875MHz与原子共振跃迀模块中的原子基态超精细结构0-0跃迀的中心频率对应)，微波探询信号作用于原子共振跃迀模块，光电检测模块检测获得光检信号，伺服模块对光检信号进行同步鉴相，产生作用于压控晶体振荡器的纠偏电压，将压控晶体振荡器的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]6840MHz远远大于5.3124MHz，倍混频模块在调整压控晶体振荡器频率的过程中起主导作用，由于倍混频模块会将频率的变化放大6840MHz/10MHz = 684倍后再作用于原子共振跃迀模块，使得微波探询信号的变化范围较大，降低了调整的精确度。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术微波探询信号的变化范围较大，降低了调整的精确度的问题，本发明实施例提供了一种原子频标。所述技术方案如下:
[0007]本发明实施例提供了一种原子频标，所述原子频标包括光源、原子共振跃迀模块、光电检测模块、压控晶体振荡器、综合模块、倍混频模块、以及伺服模块，所述原子共振跃迀模块、所述光电检测模块依次设置在所述光源产生光的输出光路上，所述倍混频模块分别与所述压电晶体振荡器、所述综合模块、所述原子共振跃迀模块连接，所述光电检测模块与所述原子共振跃迀模块连接，所述伺服模块分别与所述光电检测模块、所述综合模块、所述压控晶体振荡器连接，所述原子频标还包括信号源，所述信号源分别与所述压控晶体振荡器、所述综合模块、所述伺服模块连接。
[0008]在本发明一种可能的实现方式中，所述原子共振跃迀模块包括集成滤光共振泡、微波腔、均匀磁场线圈、耦合环、以及磁屏，所述微波腔设置在所述磁屏中，所述耦合环设置在所述微波腔上，所述均匀磁场线圈绕所述微波腔设置，所述光电检测模块和所述集成滤光共振泡设置在所述微波腔中，所述集成滤光共振泡位于所述光源和所述光电检测模块的中间。
[0009]可选地，所述原子共振跃迀模块还包括恒流源，所述恒流源与所述均匀磁场线圈连接。
[0010]在本发明另一种可能的实现方式中，所述光电检测模块包括至少一个光电池。
[0011]在本发明又一种可能的实现方式中，所述原子频标还包括恒温器，所述光源和所述原子共振跃迀模块均设置在所述恒温器中。
[0012]在本发明又一种可能的实现方式中，所述倍混频模块包括射频倍频单元和微波倍混频单元，所述射频倍频单元分别与所述压控晶体振荡器、所述综合模块、所述微波倍混频单元连接，所述微波倍混频单元与所述原子共振跃迀模块连接。
[0013]在本发明又一种可能的实现方式中，所述原子频标还包括隔离放大器，所述压控晶体振荡器通过所述隔离放大器分别与信号源、所述倍混频模块连接。
[0014]在本发明又一种可能的实现方式中，所述综合模块包括处理器、第一直接数字式频率合成器DDS、第二 DDS、第三DDS，所述处理器分别与所述第一 DDS、所述第二 DDS、所述第三DDS连接，所述第一 DDS与所述倍混频模块连接，所述第二 DDS与所述第三DDS连接，所述第三DDS的输出端为所述原子频标的输出端。
[0015]可选地，所述第一 DDS、所述第二 DDS、所述第三DDS为AD9854。
[0016]在本发明又一种可能的实现方式中，所述信号源为频率转换器。
[0017]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0018]通过增加信号源，由信号源为综合模块提供10MHz的频率信号进而获得5.3124MHz的信号，压控晶体振荡器为倍混频模块提供10MHz的频率信号进而获得6840MHz的信号，5.3124MHz的信号和6840MHz的信号混频获得6834.6875MHz的微波探询信号，微波探询信号作用于原子共振跃迀模块，光电检测模块检测获得光检信号，伺服模块对光检信号进行同步鉴相产生的纠偏电压作用于信号源，一方面实现了将信号源的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上，另一方面只通过综合模块将频率的变化放大5.3124MHz/10MHz ?
0.5倍后再作用于原子共振跃迀模块，综合模块在调整频率的过程中起主导作用，使得微波探询信号的变化范围很小(缩小了 1000倍)，提高了调整的精确度。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本发明实施例提供的一种原子频标的结构示意图；
[0021]图2是本发明实施例提供的微波探询信号的变化范围的示意图；
[0022]图3是本发明实施例提供的原子共振跃迀模块和倍混频模块的结构示意图；
[0023]图4是本发明实施例提供的综合模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0025]实施例
[0026]本发明实施例提供了一种原子频标，参见图1，该原子频标包括光源1、原子共振跃迀模块2、光电检测模块3、压控晶体振荡器4、综合模块5、倍混频模块6、以及伺服模块7。原子共振跃迀模块2、光电检测模块3依次设置在光源1产生光的输出光路上，倍混频模块6分别与压电晶体振荡器4、综合模块5、原子共振跃迀模块2连接，光电检测模块3与原子共振跃迀模块2连接，伺服模块7分别与光电检测模块3、综合模块5、压控晶体振荡器4连接。该原子频标还包括信号源8，信号源8分别与压控晶体振荡器4、综合模块5、伺服模块7连接。
[0027]下面先结合图1简单介绍一下本发明实施例提供的原子频标的工作原理:
[0028]压控晶体振荡器4产生10MHz的频率信号，一路输出到信号源8，另一路输出到倍混频模块6。信号源8将10MHz的频率信号输出到综合模块5，综合模块5将由10MHz的频率信号获得的5.3124MHz的信号输出到倍混频模块6。倍混频模块6对10MHz的频率信号倍频，获得6840MHz的信号，并将5.3124MHz的信号和6840MHz的信号混频获得6834.6875MHz的微波探询信号。微波探询信号作用于原子共振跃迀模块2，改变光源1通过原子共振跃迀模块2的光，光电检测模块4检测获得光检信号。伺服模块7在保持压控晶体振荡器4输出信号频率不变的同时，对光检信号进行同步鉴相，产生的纠偏电压作用于信号源8，将信号源8的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。
[0029]图2示出了纠偏电压分别作用于压控晶体振荡器4、信号源8时微波探询信号的变化范围，其中，AFa为纠偏电压作用于压控晶体振荡器4时微波探询信号的变化范围，AFb为纠偏电压作用于信号源8时微波探询信号的变化范围。从图2可看出，纠偏电压作用于信号源时微波探询信号的变化范围很小，提高了调整的精确度。
[0030]具体地，当微波探询信号的中心频率高于原子跃迀频率时，光电池的输出信号(SP光检信号)和微波的调制信号(即综合模块5的输出信号)同频同相，经过伺服同步鉴相产生一个负的纠偏电压，使信号源8输出信号频率变低；当微波探询信号的中心频率低于原子跃迀频率时，光电池的输出信号和微波的调制信号同频反相，经过伺服同步鉴相产生一个正的纠偏电压，使信号源8输出信号频率变高；当微波探询信号的中心频率等于原子跃迀频率时，光电池的输出信号频率是微波的调制信号频率的两倍，经过伺服同步鉴相不产生纠偏电压，从而将信号源8的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。
[0031]具体地，信号源8可以为频率转换器，信号源8的输出信号具有与压控晶体振荡器4一样的频率特性(如稳定性)。
[0032]在本实施例的一种实现方式中，参见图3，原子共振跃迀模块2可以包括集成滤光共振泡21、微波腔22、均匀磁场线圈23、耦合环24、以及磁屏25，微波腔22设置在磁屏25中，耦合环24设置在微波腔22上，均匀磁场线圈23绕微波腔22设置，光电检测模块3和集成滤光共振泡21设置在微波腔22中，集成滤光共振泡21位于光源1和光电检测模块3的中间。
[0033]可选地，参见图2，原子共振跃迀模块2还可以包括恒流源26，恒流源26与均匀磁场线圈23连接。
[0034]可选地，光电检测模块3可以包括至少一个光电池。透过原子共振跃迀模块2的光照射到光电池上产生光检测电流，光电池的输出电流和照射到它上面的光强成正比。当输入的微波探询信号频率正好等于原子基态超精细跃迀频率时，原子共振跃迀模块中的原子吸收光子最多，透射光最弱，光电池的输出电流最小。
[0035]在本实施例的另一种实现方式中，参见图3，倍混频模块6可以包括射频倍频单元61和微波倍混频单元62，射频倍频单元61分别与压控晶体振荡器4、综合模块5、微波倍混频单元62连接，微波倍混频单元62与原子共