[发明专利]一种CPT原子钟光路结构

说明书

本发明公开了一种CPT原子钟光路结构，VCSEL激光器发射的激光依次通过光学隔离器、1/4波片后进入双腔MEMS原子气室的光学作用腔与碱金属一次作用；双腔MEMS原子气室的光学作用腔的出射激光经第一反射镜和第二反射镜的两次全反射后，再进入双腔MEMS原子气室的反应腔中与反应腔内的碱金属二次作用，然后进入光电探测器。本发明在传统采用双腔原子气室的光路结构基础上进行改进，增加了作用光程，提高了到达光电探测器的激光对比度，而且能够避免反射激光照射激光器影响激光器输出激光功率稳定性的问题。

技术领域

本发明属于CPT(相干布局囚禁)原子钟技术领域，尤其涉及一种CPT原子钟光路结构，可用于CPT原子钟光路结构的制备。

背景技术

CPT原子钟由于物理部分不需要微波腔，可以实现微型化甚至芯片化设计，是目前原子钟领域的研究热点。采用微机电系统(MEMS)技术和微粘接工艺实现微型光路结构制备是CPT原子钟微型化和芯片化需要克服的最重要的技术难点。目前MEMS原子气室制备的主流方式是采用叠氮化钡置换法，将原子气室设计为双腔结构，其中一个腔为反应腔，内填充叠氮化钡(BaN₆)和氯化铷(RbCl)，将玻璃与硅片键合后，加热反应腔生成Rb和N₂。采用叠氮化钡置换法会使反应腔中残留一些BaCl₂杂质，因此设计光路结构时，采用该类型原子气室的光路仅使用另外一个腔作为光路作用腔，但这样光路有效作用时间短，信号对比度较小。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种CPT原子钟光路结构，在传统采用双腔原子气室的光路结构基础上进行改进，增加了作用光程，提高了到达光电探测器的激光对比度，而且能够避免反射激光照射激光器影响激光器输出激光功率稳定性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种CPT原子钟的光路结构，包括：VCSEL激光器、双腔MEMS原子气室、光电探测器、光学隔离器、1/4波片，还包括第一反射镜和第二反射镜；其中，光学元件模块用于滤除进入双腔MEMS原子气室的非作用光；

VCSEL激光器发射的激光依次通过光学隔离器、1/4波片后进入双腔MEMS原子气室的光学作用腔与碱金属一次作用；双腔MEMS原子气室的光学作用腔的出射激光经第一反射镜和第二反射镜的两次全反射后，再进入双腔MEMS原子气室的反应腔中与反应腔内的碱金属二次作用，然后进入光电探测器。

优选地，第一反射镜和第二反射镜采用玻璃基材，表面镀氧化钛。

优选地，对于第一反射镜和第二反射镜，通过在反射面加工凹面弧度，使得第二反射镜的反射光垂直入射至光电探测器。

优选地，第一反射镜和第二反射镜之间采用光纤进行连接。

优选地，第一反射镜和第二反射镜通过由顶层支撑结构和反射镜侧面支撑结构组成的反射镜安装框架进行位置固定。

优选地，顶层支撑结构与反射镜接触的一面镀反射膜。

优选地，第一反射镜和第二反射镜通过粘接实现镜体与反射镜安装框架的连接固定。

优选地，该光学结构进一步包括设置在光学隔离器与双腔MEMS原子气室之间的滤光片。

有益效果：

(1)本发明考虑到反应腔中杂质对光路作用有限，在传统采用双腔MEMS原子气室的光路结构基础上加入反射镜设计，使光路在原光路作用腔射出后经过反射进入反应腔，与反应腔中的碱金属继续作用，有效增加了作用光程，提高了信号对比度。

(2)在激光器发射端加入光学隔离器，有效防止光学镜面反射激光入射到激光器，影响出射激光功率稳定性，提高了激光器输出激光功率的稳定性，延长激光器寿命。

附图说明