一种铷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，特别涉及一种铷原子频标。
【背景技术】
[0002]原子频标是提供标准频率和时间的设备。铷原子频标因其具有体积小、低功耗和较好的抗恶劣环境的能力，而成为应用最广泛的一种原子频标。
[0003]在原子检测应用领域，为提高信噪比，铷原子频标采用了光抽运的方法。但由于抽运光不是单色光，而是具有一定线宽和线性函数的多条光谱线的叠加，所以抽运光将会引起铷原子跃迀频率的移动，即光频移。光频移就其本质而言是交变光频电场产生的交流斯塔克效应的平均效果，其与抽运光的光强成正比且与抽运光的光谱轮廓有关。为了减小铷原子频标的光频移，通常采用改变抽运光光强的方法。然而，一方面，改变抽运光光强的所测得的原子频标整机频率曲线不是完全交于一点，而是交于一个小的三角形区域，因此，改变光强并不能完全消除光频移对原子频标输出频率稳定度的影响。另一方面，光频移的大小不但与抽运光的光强成正比，而且与抽运光光谱线的线性函数关系密切。在光谱线线性函数范围内有一部分频率分量会引起铷原子跃迀频率的正向移动即正光频移，另一部分频率分量引起负光频移，抽运光引起的光频移是上述正光频移和负光频移的叠加。当光谱线的线性函数发生微小变化时，很容易导致正光频移和负光频移的总和不为零，而引起铷原子频标的光频移，因而，仅仅改变抽运光光强不能消除光谱线的线性函数发生变化引起的光频移，从而会影响铷原子频标输出频率的稳定度。现有技术对抽运光光脉冲信号产生是通过对光源的高频激励管进行方波控制，使其在方波电平作用下发生或熄灭，这样当每次光源熄灭后再到正常发光并稳定经历的时间过长，不利于原子钟伺服系统的快速闭环工作，使环路响应时间变长。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术每次光源熄灭后再到正常发光并稳定经历的时间过长，不利于原子钟伺服系统的快速闭环工作，使环路响应时间变长的问题，本发明实施例提供了一种铷原子频标。所述技术方案如下:
[0005]本发明实施例提供了一种铷原子频标，所述铷原子频标包括光源、共振跃迀模块、射频信号产生模块、光电检测模块、以及中央处理器，所述共振跃迀模块、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，所述射频信号产生模块分别与所述共振跃迀模块、所述中央处理器连接，所述光电检测模块与所述中央处理器连接，所述铷原子频标还包括光开关和功率检测模块，所述光开关设置在所述光源产生光的输出光路上且位于所述光源和所述共振跃迀模块之间，所述光开关与所述中央处理器连接，所述功率检测模块分别与所述共振跃迀模块、所述中央处理器连接。
[0006]在本发明一种可能的实现方式中，所述铷原子频标还包括电流控制模块和磁场控制模块，所述电流控制模块分别与所述中央处理器、所述磁场控制模块连接，所述磁场控制模块与所述共振跃迀模块连接。
[0007]可选地，所述电流控制模块包括恒流源，所述磁场控制模块包括漆包线，所述漆包线缠绕在所述共振跃迀模块外。
[0008]可选地，所述铷原子频标还包括温度检测模块，所述温度检测模块分别与所述中央处理器、所述共振跃迀模块连接。
[0009]优选地，所述温度检测模块包括热敏电阻。
[0010]在本发明另一种可能的实现方式中，所述光开关设置在所述光源产生光的输出端。
[0011]在本发明又一种可能的实现方式中，其特征在于，所述共振跃迀模块包括谐振腔和呈泡状腔体结构的共振吸收泡，所述共振吸收泡设置在所述谐振腔内。
[0012 ]可选地，所述共振吸收泡内设有两种同位素。
[0013]在本发明又一种可能的实现方式中，所述射频信号产生模块包括压控晶振、倍混频模块、综合模块，所述压控晶振分别与所述倍混频模块、所述综合模块、所述中央处理器连接，所述综合模块分别与所述倍混频模块、所述中央处理器连接，所述倍混频模块与所述共振跃迁t吴块连接。
[0014]在本发明又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。
[0015]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0016]通过中央处理器控制光开关开闭的方式开控制抽运光脉冲的作用时间，可达到毫秒量级，从而大大缩短了铷原子频标中环路响应时间，加快了闭环工作时间，从而进一步减小働原子频标的光频移。
【附图说明】
[0017]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。
[0018]图1是本发明实施例提供的铷原子频标的结构示意图；
[0019]图2是本发明实施例提供的铷原子频标中各信号的波形示意图；
[0020]图3是本发明实施例提供的共振跃迀模块的结构示意图；
[0021 ]图4是本发明实施例提供的射频信号产生模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]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。
[0023]实施例
[0024]本发明实施例提供了一种铷原子频标，参见图1，该铷原子频标包括光源1、光开关
2、共振跃迀模块3、光电检测模块4、射频信号产生模块5、功率检测模块6、以及中央处理器
7。光开关2、共振跃迀模块3、光电检测模块4依次设置在光源1产生光的输出光路上，中央处理器7分别与光开关2、光电检测模块4、射频信号产生模块5、功率检测模块6连接，共振跃迀模块3分别与射频信号产生模块5、功率检测模块6连接。
[0025]下面先结合图1和图2介绍本发明实施例提供的铷原子频标的工作原理:
[0026]中央处理器7控制光开关2的开闭，使光源1的第一个抽运光脉冲发送到共振跃迀模块3，共振跃迀模块3内部的原子被集中到基态某一个能级的几个超精细能级上，然后用两个相干的有一定时间间隔的射频脉冲对对共振跃迀模块3作用，射频频率正好等于原子基态0-0能级跃迀的频率。在第二个射频脉冲作用后，通过中央处理器7对光电检测模块4进行取样，光电检测模块4进行第一次光检测获得光检测信号后，中央处理器7将量子纠偏信号传输到射频信号产生模块5，使其输出射频信号频率发生相应的改变，完成第一次铷原子频标的伺服。在上述过程中，射频脉冲的作用时间t5比光脉冲的作用时间t4短，射频脉冲的作用时间t5比两个射频脉冲作用的间隔时间t2短。在进行第一次光检测的时间t3内，中央处理器7控制完成下一次的抽运光脉冲的发送、对光电检测模块信息的处理和量子纠偏信号的反馈，完成完整的环路响应，依此重复。在进行一次光检测后，才进行下一次射频脉冲作用。在本实施例中，图2还可以看出，通常从光脉冲的作用时间t4结束，光开关2关闭后射频脉冲的作用开始之间存在一个时间间隔tl，中央处理器7需要控制该时间间隔tl尽量小。
[0027]在本实施例的一种实现方式中，该铷原子频标还可以包括电流控制模块8和磁场控制模块9，电流控制模块8分别与中央处理器7、磁场控制模块9连接，磁场控制模块9与共振跃迀模块3连接。
[0028]需要说明的是，中央处理器7对电流控制模块8输出的电流强度进行控制，进而控制磁场控制模块9磁场强度，最终提供共振跃迀模块3中完成原子分裂