[发明专利]一种能够降低激光噪声的POP铷原子钟

说明书

本发明公开了一种能够降低激光噪声的POP铷原子钟。该POP铷原子钟包括：光学系统、物理系统、探测系统和偏振器件。偏振器件，位于光学系统到物理系统的激光光路上；探测系统，包括激光分束片、第一探测器、第二探测器、信号采集处理器、伺服环路、压控晶振以及频率综合器；激光分束片，位于物理系统的输出光路上，用于将物理系统输出的光分为两路；第一探测器和第二探测器分别位于激光分束片分出的两路光路中；信号采集处理器将两探测器输出的差除以两探测器输出的和，得到法拉第旋转角度；伺服环路基于法拉第旋转角度计算反馈电压信号，并将反馈电压信号反馈到压控晶振上。本发明降低了激光的强度噪声和功率起伏对原子钟稳定度的影响。

技术领域

本发明涉及气泡式原子钟，特别是涉及一种能够降低激光噪声的POP铷原子钟。

背景技术

原子钟是量子物理学与电子学高度结合的产物，是波谱学在技术应用上最突出的成就之一。其中应用最为广泛的铷原子钟，具有体积小、价格低、预热快、功耗小等特点，是一种传统的实用性原子频标。传统铷原子钟的抽运光源是通过无极放电⁸⁷Rb灯和⁸⁵Rb滤光泡组合实现的，抽运光的光强和光谱线型函数随着时间有着复杂的慢变化，使传统铷原子钟的中长期稳定度变差。铷灯泡产生的光频移在10^-10量级，被认为是限制铷原子钟稳定度的最主要因素之一。

为了提高铷原子钟的稳定度，人们开展了许多新型方案和物理机理的铷原子钟的研究，其中脉冲光抽运(POP)铷原子钟取得了非常好的指标。POP铷原子钟采用光抽运、微波共振及钟跃迁探测三者在时间上相互分离的方案，原子与微波相互作用时，没有抽运光场的存在，原子处于一个纯的二能级系统，理论上可以消除原子钟的光频移，提高原子钟的中长期稳定度。

在POP原子钟，光频移远小于传统铷原子钟，但是光频移并没有完全消失。剩余的光频移，主要来源于探寻机理的不同过程：在光抽运阶段，不完全抽运形成的剩余相干；在微波探寻阶段，激光关断不彻底引入的交流斯达克频移；在探测阶段，激光通过共振铷泡后，通过强度噪声-强度噪声以及频率噪声-强度噪声转化机理，恶化原子钟的稳定度。最终，激光强度噪声，对原子钟短期稳定度的贡献在10^-13量级，激光的功率起伏对POP铷原子钟的影响在10^-14-10^-15量级，成为限制POP铷原子钟稳定度的主要因素。

为了降低激光功率起伏和强度噪声的影响，进一步提高铷原子钟的稳定度，需要稳定抽运和探测激光的功率。激光功率的稳定普遍通过控制光路上的外部调制器件来实现，如声光调制器或者电光调制器，从而稳定输出激光束的功率。实验上需要将激光分成两路，一路用来稳定激光功率，一路激光用于实验探测，结构复杂，且两路光的功率起伏并不同步，从而导致激光功率稳定环内的起伏并不能实际的反应实验光路的功率起伏。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够降低激光噪声的POP铷原子钟。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种能够降低激光噪声的POP铷原子钟，包括：光学系统、物理系统、探测系统以及偏振器件；

光学系统，用于产生激光；

所述偏振器件，位于光学系统到物理系统的激光光路上，用于对光学系统发出的激光进行起偏，产生的线偏振光射入所述物理系统、与所述物理系统铷泡内的铷原子相互作用；