基于提高光抽运效率的装置的制作方法

本发明属于光学技术领域，特别涉及一种基于提高光抽运效率的装置。

背景技术：

光抽运作用是有角动量的偏振光与原子相互作用，根据角动量守恒原理，原子吸收光子能量的同时，也吸收了它的角动量，用来改变各个能级粒子的分布数。在实际的铷原子频标中，抽运光并不是单色光，而是具有一定线宽和线型函数的多条光谱线的叠加。

对于现有的基于提高光抽运效率的技术而言，抽运光光谱线型函数范围内有一部分频率分量产生正光频移，另一部分频率分量产生负光频移。这种非单色光引起的0－0跃迁的频移是许多个单色光引起的频移的叠加。因此，对铷原子频标来讲，抽运光将引起⁸⁷rb原子跃迁频率的移动，即所谓光频移。，对铷原子频标来讲，保持抽运光的光谱线型及光强不变，对减小光频移对频标老化漂移的影响是很重要的。

综上所述，在现有的基于提高光抽运效率的技术中，存在着难以消除光频移的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是在现有的基于提高光抽运效率的技术中，存在着难以消除光频移的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种，包括一种基于提高光抽运效率的装置，所述基于提高光抽运效率的装置包括光谱灯模块，所述光谱灯模块用于产生抽运光；磁性超精细成分滤光片，所述磁性超精细成分滤光片和所述光谱灯模块连接，所述光谱灯模块产生的所述抽运光传递至所述磁性超精细成分滤光片中，通过所述磁性超精细成分滤光片对所述抽运光进行滤光处理；谐振腔，所述谐振腔和所述磁性超精细成分滤光片连接，所述磁性超精细成分滤光片位于所述光谱灯模块和所述谐振腔之间，所述谐振腔、所述磁性超精细成分滤光片、所述光谱灯模块位于所述抽运光的光路中，所述谐振腔用于接收所述抽运光，所述谐振腔内设置有集成滤光共振泡和光电池；微波探寻信号产生模块，所述微波探寻信号产生模块和所述谐振腔连接；微处理器，所述微处理器分别和所述微波探寻信号产生模块、所述光电池、所述光谱灯模块连接，所述微处理器位于所述光电池和所述光谱灯模块之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光电池之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光谱灯模块之间。

进一步地，所述基于提高光抽运效率的装置还包括第一恒温单元，所述第一恒温单元和所述光谱灯模块连接。

进一步地，所述基于提高光抽运效率的装置还包括第二恒温单元，所述第二恒温单元和所述集成滤光共振泡连接。

进一步地，所述基于提高光抽运效率的装置包括磁场单元，所述磁场单元和所述集成滤光共振泡连接。

进一步地，所述基于提高光抽运效率的装置包括所述光谱灯模块的光谱灯激励方式采用方波电压激励方式。

进一步地，所述基于提高光抽运效率的装置包括对位于所述谐振腔内的所述集成滤光共振泡中的铷原子采用相干微波脉冲共振。

进一步地，所述基于提高光抽运效率的装置包括在一个抽运光脉冲通过所述集成滤光共振泡时，所述集成滤光共振泡中的铷原子被集中到f＝2的五个子能级上。

进一步地，所述基于提高光抽运效率的装置包括两个相干的有一定时间间隔的微波脉冲作用在铷原子上，微波频率等于铷原子基态0-0跃迁的频率。

进一步地，所述基于提高光抽运效率的装置包括第二个微波脉冲作用时，点亮所述光谱灯模块，在保持微波脉冲作用基础上，通过微处理器进行取样光检测。

进一步地，所述基于提高光抽运效率的装置包括在完成光检测后，关闭微波脉冲和所述光谱灯模块，并把量子纠偏信息传递给微波探询信号产生电路，以完成整机的伺服。

有益效果：

本发明提供一种基于提高光抽运效率的装置，通过光谱灯模块用于产生抽运光；磁性超精细成分滤光片和所述光谱灯模块连接，所述光谱灯模块产生的所述抽运光传递至所述磁性超精细成分滤光片中，通过所述磁性超精细成分滤光片对所述抽运光进行滤光处理。同时，谐振腔和所述磁性超精细成分滤光片连接，所述磁性超精细成分滤光片位于所述光谱灯模块和所述谐振腔之间，所述谐振腔、所述磁性超精细成分滤光片、所述光谱灯模块位于所述抽运光的光路中，所述谐振腔用于接收所述抽运光，所述谐振腔内设置有集成滤光共振泡和光电池。并且微波探寻信号产生模块和所述谐振腔连接。微处理器分别和所述微波探寻信号产生模块、所述光电池、所述光谱灯模块连接，所述微处理器位于所述光电池和所述光谱灯模块之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光电池之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光谱灯模块之间。从而达到了能够消除光频移的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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。

图1为本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置的示意图1；

图2为本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置的示意图2；

图3为本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置的示意图3；

图4为本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置的脉冲抽运光产生原理电路的示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于提高光抽运效率的装置，通过光谱灯模块用于产生抽运光；磁性超精细成分滤光片和所述光谱灯模块连接，所述光谱灯模块产生的所述抽运光传递至所述磁性超精细成分滤光片中，通过所述磁性超精细成分滤光片对所述抽运光进行滤光处理。同时，谐振腔和所述磁性超精细成分滤光片连接，所述磁性超精细成分滤光片位于所述光谱灯模块和所述谐振腔之间，所述谐振腔、所述磁性超精细成分滤光片、所述光谱灯模块位于所述抽运光的光路中，所述谐振腔用于接收所述抽运光，所述谐振腔内设置有集成滤光共振泡和光电池。并且微波探寻信号产生模块和所述谐振腔连接。微处理器分别和所述微波探寻信号产生模块、所述光电池、所述光谱灯模块连接，所述微处理器位于所述光电池和所述光谱灯模块之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光电池之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光谱灯模块之间。从而达到了能够消除光频移的技术效果。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；其中本实施中所涉及的“和/或”关键词，表示和、或两种情况，换句话说，本发明实施例所提及的a和/或b，表示了a和b、a或b两种情况，描述了a与b所存在的三种状态，如a和/或b，表示：只包括a不包括b；只包括b不包括a；包括a与b。

同时，本发明实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本发明实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。

请参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置的示意图1；图2是本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置的示意图2。本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置，所述基于提高光抽运效率的装置包括光谱灯模块、磁性超精细成分滤光片、谐振腔、微波探寻信号产生模块和微处理器，现分对光谱灯模块、磁性超精细成分滤光片、谐振腔、微波探寻信号产生模块和微处理器进行以下详细说明：

对于光谱灯模块和磁性超精细成分滤光片而言：

光谱灯模块用于产生抽运光；所述磁性超精细成分滤光片和所述光谱灯模块连接，所述光谱灯模块产生的所述抽运光传递至所述磁性超精细成分滤光片中，通过所述磁性超精细成分滤光片对所述抽运光进行滤光处理。

请继续参见图1，为提高整个被动型铷原子频标的信噪比，采用了光抽运的方法。但抽运光将引起⁸⁷rb原子跃迁频率的移动，即所谓光频移，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。抽运光对⁸⁷rb原子基态的能级移动公式式(1)：以及式(2)：其中，p是电偶极矩算符，e是光电场的复振幅，1/γ是|α＞激发态的寿命，eα和ei分别为激发态和基态能级的能量。光频移和能级移动有以下关系，如式(3)：

由上式可知光频移与光强成正比，同时与光谱轮廓有关。由(3)式可知：若抽运光为单色光，而且恰好ω＝ωαi，则不会引起光频移；若ω＞ωαi，则引起负频移；若ω＜ωαi，则引起正频移；若ω与ωαi相差很远，则引起的频移量的绝对值与|ω-ωαi|成反比关系。

在实际的铷原子频标中，抽运光并不是单色光，而是具有一定线宽和线型函数的多条光谱线的叠加。抽运光光谱线型函数范围内有一部分频率分量产生正光频移，另一部分频率分量产生负光频移。这种非单色光引起的0－0跃迁的频移是许多个单色光引起的频移的叠加。因此，对铷原子频标来讲，保持抽运光的光谱线型及光强不变，对减小光频移对频标老化漂移的影响是很重要的。本专利提出的一种基于提高光抽运效率的装置可以利用脉冲光抽运、脉冲微波共振、光检测的方法来消除光频移。

对于谐振腔、微波探寻信号产生模块和微处理器而言：

谐振腔和所述磁性超精细成分滤光片连接，所述磁性超精细成分滤光片位于所述光谱灯模块和所述谐振腔之间，所述谐振腔、所述磁性超精细成分滤光片、所述光谱灯模块位于所述抽运光的光路中，所述谐振腔用于接收所述抽运光，所述谐振腔内设置有集成滤光共振泡和光电池。

微波探寻信号产生模块和所述谐振腔连接；所述微处理器分别和所述微波探寻信号产生模块、所述光电池、所述光谱灯模块连接，所述微处理器位于所述光电池和所述光谱灯模块之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光电池之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光谱灯模块之间。

本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置还包括第一恒温单元、第二恒温单元。所述第一恒温单元和所述光谱灯模块连接。所述第二恒温单元和所述集成滤光共振泡连接。基于提高光抽运效率的装置包括磁场单元，所述磁场单元和所述集成滤光共振泡连接。所述光谱灯模块的光谱灯激励方式采用方波电压激励方式。对位于所述谐振腔内的所述集成滤光共振泡中的铷原子采用相干微波脉冲共振。在一个抽运光脉冲通过所述集成滤光共振泡时，所述集成滤光共振泡中的铷原子被集中到f＝2的五个子能级上。两个相干的有一定时间间隔的微波脉冲作用在铷原子上，微波频率等于铷原子基态0-0跃迁的频率。第二个微波脉冲作用时，点亮所述光谱灯模块，在保持微波脉冲作用基础上，通过微处理器进行取样光检测。在完成光检测后，关闭微波脉冲和所述光谱灯模块，并把量子纠偏信息传递给微波探询信号产生电路，以完成整机的伺服。

请继续参见图1，整个改进方案原理如图1所示：在传统原子频标技术方案基础之上，依赖光谱灯、集成滤光共振泡、微波控询信号模块，做以下改进：(1)在光谱灯模块加上磁性超精细成分滤光片；(2)光谱灯激励方式采用方波电压激励方式；(3)对置于谐振腔内的集成滤光共振泡中的铷原子采用相干微波脉冲共振。

为了对在光谱灯模块加上磁性超精细成分滤光片，脉冲光抽运、相干脉冲微波共振、光检测进行详细解释，现分别对在光谱灯模块加上磁性超精细成分滤光片，脉冲光抽运、相干脉冲微波共振、光检测分别进行以下详细说明：

(1)在光谱灯模块加上磁性超精细成分滤光片。一台调整好的铷原子频标，其量子物理部分的光频移可以调到零，这样它的频率对抽运光强的微小变化就不敏感了。但是，实际上光频移的大小不但与照射到吸收泡上的抽运光强成正比，而且与照射到吸收泡上的抽运光光谱线的线形函数关系非常密切：抽运光光谱线线形函数范围内有一部分频率分量产生正光频移，另一部分频率分量产生负光频移。所谓调整到零光频移，实际上仅仅意味着抽运光光谱线形函数范围内的各部分频率分量引起的光频移的总和为零。所以总光频移为零实际上是正和负两个大光频移量相加的结果。在这种条件下，如果抽运光光强发生变化而光谱线的线形函数不发生变化，则仍可保持光频移为零，但如果光谱线的线形函数发生微小的变化，很容易导致总光频移不为零。而铷光谱灯在长期工作中，不担抽运光光强会发生微小的变化，而且抽运光光谱线形函数也会发生微小的变化。

光谱灯在长期的工作中，由于其工作状态的变化，灯泡内部87rb的消耗等因素，光强发生变化，影响频标的稳定性指标。通过实验，可找到整机输出频率对光强不敏感的参数点。我们将光强的选择与集成滤光共振泡的温度选择结合在一起考虑，选择适当的泡温使光频移减到最小。实验时选择不同的光强下，通过改变集成滤光共振泡的温度，测量整机频率的输出，得到我们需要的零光强频移泡温。如图2所示。其中，横坐标为集成滤光共振泡的温度，纵坐标为差频值。从图中可以看出，当集成滤光共振泡温度选择在t＝t0时整机输出频率与谱灯光强i无关，t0即零光强频移的泡温。准确地说，改变光强所测得的整机频率曲线不可能完全交于一点，往往是交于一个小的三角形区域，因此并不能完全消除光频移对稳定度的影响。在选择了最佳的集成滤光共振泡温度的情况下，光强对频率的影响可以做到1×10–12/1％，即光强变化1％，则引起频率的变化为1×10–12。当然对于不同的铷钟系统，光强对频率的影响程度有所不同，对于工作在不同状态的同一系统也会有所不同。

由图我们可以看到，对于大小不同、光谱线型相同的抽运光，腔温的变化引起的差频值变化是不一样的，在图中70％光强曲线的斜率要比100％光强曲线的斜率小，即对于70％光强，当腔温变化时引起的频移要比100％光强时小。假如光强的选择再进一步减小(如50％光强，30％光强…)，照图中的趋势，会得到更佳的斜率光强，但是由于要考虑到系统的信噪比，不可能选择很小的光强，此时需要通过改变集成滤光共振泡中缓冲气体的配比以及压力来获得零温度系数的光强。

在方案中，在光谱灯发射光路的后级加上一个磁性超精细成分滤光片，选择不同的滤光片，可以控制好上述理论中所需的光谱灯光强，更重要提可以改善抽运光光谱线形，从而使抽运光光谱线形是围绕中心频率完全对称的，可以进一步减小光频移的产生。

脉冲光抽运、相干脉冲微波共振、光检测。请参见图3和图4，图3是本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置的示意图3；图4是本发明实施例提供的一种基于提高光抽运效率的装置的脉冲抽运光产生原理电路的示意图。在一个抽运光脉冲通过铷原子频标集成滤光共振泡时，吸收泡中的铷原子被集中到f＝2的五个子能级上，然后用两个相干的有一定时间间隔的微波脉冲作用在铷原子上，微波频率正好等于铷原子基态0-0跃迁的频率。在第二个微波脉冲作用时，同时点亮光谱灯，在保持微波脉冲作用基础上，通过微处理器进行取样光检测，完成光检测后，关闭微波脉冲和光谱灯，并把量子纠偏信息传递给微波探询信号产生电路，完成整机的伺服，依此重复。整个过程的时序如图3所示，脉冲抽运光产生原理电路如图4所示。

本发明提供一种基于提高光抽运效率的装置，通过光谱灯模块用于产生抽运光；磁性超精细成分滤光片和所述光谱灯模块连接，所述光谱灯模块产生的所述抽运光传递至所述磁性超精细成分滤光片中，通过所述磁性超精细成分滤光片对所述抽运光进行滤光处理。同时，谐振腔和所述磁性超精细成分滤光片连接，所述磁性超精细成分滤光片位于所述光谱灯模块和所述谐振腔之间，所述谐振腔、所述磁性超精细成分滤光片、所述光谱灯模块位于所述抽运光的光路中，所述谐振腔用于接收所述抽运光，所述谐振腔内设置有集成滤光共振泡和光电池。并且微波探寻信号产生模块和所述谐振腔连接。微处理器分别和所述微波探寻信号产生模块、所述光电池、所述光谱灯模块连接，所述微处理器位于所述光电池和所述光谱灯模块之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光电池之间，所述微处理器位于所述微波探寻信号产生模块和所述光谱灯模块之间。从而达到了能够消除光频移的技术效果。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。