提供差分光输出的铷光谱灯装置及光噪声差分抑制的方法与流程

本发明属于差分光探测技术领域，具体涉及提供差分光输出的铷光谱灯装置及光噪声差分抑制的方法，适用于差分光探测的原子频标、原子磁强计等原子传感器。

背景技术：

随着科技的发展，原子频标、磁强计等高精度原子传感器在全球卫星导航定位系统、未来5g通信、资源探测、电力等领域获得广泛应用。在原子传感器中，一般采用光与原子相互作用提高原子利用率，进而达到提高传感器精度的目的；但同时光信号噪声也会叠加到探测信号中输出，限制了系统信噪比的提高。以铷原子频标为例，谱灯发出的抽运光将铷原子基态原子数实现翻转，将信号强度提高几个数量级，但同时谱灯产生的光噪声也叠加在输出信号上，限制了系统精度的进一步提高。

因此，对光噪声的抑制是目前亟待解决的技术问题，然而现有技术中对光噪声的抑制还达不到很好的效果，限制了系统精度的进一步提高。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供提供差分光输出的铷光谱灯装置及光噪声差分抑制的方法。

本发明能产生两路完全对称的差分光信号，其中一路光信号与原子相互作用，实现对原子传感器信息的提取，再与另一路光信号差分相减，实现对光噪声的抑制，提高系统信噪比，达到提高原子传感器精度的目的。

本发明所采用的技术方案为：

提供差分光输出的铷光谱灯装置，包括铷光谱灯泡、振荡线圈、射频振荡电路板和加热装置；

所述铷光谱灯泡输出两路完全对称的光信号，振荡线圈为两组并以铷光谱灯泡中部对称缠绕在铷光谱灯泡的侧壁；

两组所述振荡线圈分别与射频振荡电路板电连接；

所述加热装置设于铷光谱灯泡和振荡线圈的外围对铷光谱灯泡进行加热。

本发明利用一个铷光谱灯泡实现两路光信号输出，输出光信号在空间上完全分开，能够方便地进行分别探测；两路光信号从同一个铷光谱灯泡发出，光信号具有完美的对称性，方便对光噪声进行差分抑制。

为了保证输出两路完全对称的光信号，所述铷光谱灯泡的侧壁中部设有尾管，尾管的中轴线与铷光谱灯泡的中轴线垂直，两组振荡线圈以尾管的中轴线对称设置。

进一步为了保证输出两路完全对称的光信号，两路完全对称的光信号两组所述振荡线圈的匝数相同。振荡线圈7为高频振荡线圈。

作为优选地，所述铷光谱灯泡内部充有启辉气体和铷87金属。启辉气体为氙气、氪气等。铷光谱灯泡采用耐碱玻璃制成。

铷87金属原子在启辉气体和通过振荡线圈馈入的射频信号的激励下发光，为铷原子频标提供光源。

缠绕在铷光谱灯泡侧壁的振荡线圈将射频振荡电路板产生的射频信号馈入铷光谱灯泡，激励铷光谱灯泡发光。

作为优选地，所述铷光谱灯装置还包括非金属保温罩，非金属保温罩包围铷光谱灯泡和振荡线圈并在正对铷光谱灯泡的两端设有完全对称且大小相等的第一出光孔，加热装置设于非金属保温罩外围。

作为优选地，所述非金属保温罩与铷光谱灯泡之间间隙点硅填合。

点硅填合使铷光谱灯温度均匀，同时保证不局部过热，提高铷光谱灯泡温度的稳定性，能够固定铷光谱灯泡。

作为优选地，所述铷光谱灯装置还包括屏蔽盒，屏蔽盒包裹在非金属保温罩的外围，屏蔽盒设有与非金属保温罩的第一出光孔大小和位置对应的第二出光孔，加热装置设于屏蔽盒外围。

由于铷光谱灯泡仅靠屏蔽盒外的加热装置很难加到110℃以上，通过屏蔽盒使热流均匀导入非金属保温罩，非金属保温罩的温度约80℃，振荡线圈同时给铷光谱灯泡加热，能够有效保证真空条件下铷光谱灯泡的温度在110℃以上，即通过调节振荡线圈加热功率使得达到调试要求的温度。

进一步为了保证输出两路完全对称的光信号，所述非金属保温罩和屏蔽盒的中轴线与铷光谱灯泡的中轴线重合。

作为优选地，所述铷光谱灯装置还包括射频振荡电路盒，射频振荡电路板固定于射频振荡电路盒内，射频振荡电路板靠近铷光谱灯泡的一侧与铷光谱灯泡之间设有非金属隔热层。

由于铷光谱灯泡的温度应在110℃以上，而射频振荡电路的温度则是越低越好。温度越低，射频振荡电路上的电子元器件可靠性越高，因而采用非金属隔热层隔离射频振荡电路板与铷光谱灯泡，使得真空下的射频振荡电路的温度比铷光谱灯泡的温度低40℃以上。

非金属隔热层隔绝铷光谱灯泡对射频振荡电路的温度影响，确保射频振荡电路运行的可靠性。

射频振荡电路板上的射频振荡电路产生激励铷光谱灯泡发光的射频信号，优选射频信号的频率在70mhz～150mhz范围内，功率在1.5m左右。

作为优选地，所述铷光谱灯装置还包括热敏电阻和控温电路，控温电路分别与热敏电阻和加热装置电连接。通过控温电路进行温度调试。

利用铷光谱灯装置进行光噪声差分抑制方法，包括将铷光谱灯装置输出的两路完全对称的光信号的一路光信号与原子相互作用，对原子传感器信息进行提取，再与另一路光信号差分相减，实现对光噪声的抑制。

本发明的有益效果为：

本发明利用一个铷光谱灯泡实现两路光信号输出，输出光信号在空间上完全分开，能够方便地进行分别探测；两路光信号从同一个铷光谱灯泡发出，光信号具有完美的对称性，方便对光噪声进行差分抑制。

附图说明

图1是本发明-实施例的剖面结构示意图。

图中：1-射频振荡电路盒；2-射频振荡电路板；3-非金属保温罩；4-铷光谱灯泡；5-振荡线圈；6-屏蔽盒。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1：

为降低原子传感器中与原子相互作用的抽运光光噪声对系统信噪比的影响，如图1所示，本实施例的提供差分光输出的铷光谱灯装置，可通过一个光谱灯实现两路完全对称的光信号输出，主要包括热设计和结构设计。

提供差分光输出的铷光谱灯装置，包括铷光谱灯泡4、振荡线圈5、屏蔽盒6、射频振荡电路盒1、射频振荡电路板2和非金属保温罩3。

铷光谱灯泡4采用耐碱玻璃制成，内部充有启辉气体和铷、铯等碱金属，启辉气体为氙气、氪气等，铷金属为铷87金属，铷光谱灯泡4的侧壁中部设有尾管，且尾管的中轴线与铷光谱灯泡4的中轴线垂直，振荡线圈5为两组并以尾管的中轴线对称缠绕在铷光谱灯泡4的侧壁。

两组振荡线圈7的匝数相同，振荡线圈7为高频振荡线圈。

铷87金属原子在启辉气体和通过振荡线圈5馈入的射频信号的激励下发光，为铷原子频标提供光源，实施时，铷光谱灯泡的温度应当稳定在110℃以上，由于不同铷原子频标整机对应的值不同，因而具体值需调试，过高或过低都会影响铷原子频标性能。

射频振荡电路板2上的射频振荡电路产生激励铷光谱灯泡4发光的射频信号，优选射频信号的频率在70mhz～150mhz范围内，功率在1.5m左右。缠绕在铷光谱灯泡4侧壁的振荡线圈5将射频振荡电路板2产生的射频信号馈入铷光谱灯泡4，激励铷光谱灯泡4发光。

非金属保温罩3包围铷光谱灯泡4和振荡线圈5并在正对铷光谱灯泡4的两端设有完全对称且大小相等的第一出光孔，非金属保温罩3与铷光谱灯泡4之间间隙点硅填合，从而使铷光谱灯泡温度均匀，同时保证不局部过热，提高铷光谱灯泡4温度的稳定性，能够固定铷光谱灯泡4。

非金属保温罩3采用玻璃层压布板、聚酰亚胺、聚苯乙烯等制成。

屏蔽盒6包裹在非金属保温罩3的外围，非金属保温罩3密配在屏蔽盒6内，屏蔽盒6设有与非金属保温罩3的第一出光孔大小和位置对应的第二出光孔。

屏蔽盒6采用铝或铜的金属材质制成。

进一步地，非金属保温罩3和屏蔽盒6的中轴线与铷光谱灯泡4的中轴线重合。

屏蔽盒6外围设有加热装置，铷光谱灯泡4设有热敏电阻，加热装置连接有高精度控温电路，通过热敏电阻反馈温度信号至控温电路，实现对温度的调试。

加热装置为电加热管或电加热丝，缠绕在屏蔽盒6或贴在屏蔽盒6上进行加热。

射频振荡电路板2固定于射频振荡电路盒1内，射频振荡电路盒1固定在屏蔽盒2外，本实施例中，射频振荡电路盒1固定在屏蔽盒2顶部，射频振荡电路板2靠近屏蔽盒2的一侧与屏蔽盒6之间设有非金属隔热层，该非金属隔热层为隔热垫，本实施例中，非金属隔热层设于射频振荡电路板2靠近屏蔽盒2的一侧与射频振荡电路盒1的侧壁之间，当然也可以设于射频振荡电路盒1的侧壁和屏蔽盒6的侧壁之间。

非金属隔热层隔绝铷光谱灯泡4对射频振荡电路的温度影响，确保射频振荡电路运行的可靠性。

由于铷光谱灯泡4的温度应在110℃以上，而射频振荡电路的温度则是越低越好。温度越低，射频振荡电路上的电子元器件可靠性越高，因而采用非金属隔热层隔离射频振荡电路板2与屏蔽盒6，使得真空下的射频振荡电路的温度比铷光谱灯泡4的温度低40℃以上。

由于铷光谱灯泡4仅靠屏蔽盒6外的加热装置很难加到110℃以上，通过屏蔽盒6使热流均匀导入非金属保温罩3，非金属保温罩3的温度约80℃，振荡线圈5同时给铷光谱灯泡4加热，能够有效保证真空条件下铷光谱灯泡4的温度在110℃以上，即通过调节振荡线圈5加热功率使得达到调试要求的温度。

实施例2：

利用铷光谱灯装置进行光噪声差分抑制的方法，包括：将铷光谱灯装置输出的两路完全对称的光信号的一路光信号与原子相互作用，对原子传感器信息进行提取，再与另一路光信号差分相减，实现对光噪声的抑制。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。