[发明专利]一种喷泉式光钟及其实现方法

说明书

本发明提供一种喷泉式光钟及其实现方法。本发明的喷泉式光钟包括：698nm钟激光单元、声光调制单元、锶原子炉、冷却激光单元、461nm探测激光单元、光电探测器、光束调节单元以及伺服电路单元。该喷泉式光钟能够提供稳定的钟信号。

技术领域

本发明涉及光学频率标准技术领域，特别涉及一种喷泉式光钟及其实现方法。

背景技术

光频原子钟(光钟)是通过预稳定的激光来探测极窄的原子跃迁谱线形成的。本质是将几乎不受干扰的量子态与高相位相干性的激光器相结合，以产生高稳定度的激光源。现如今，光钟在基础物理研究和先进应用技术方面发挥着巨大的作用，例如，促进了秒在光学领域的重新定义、引力波探测、超低相位噪声微波源、广义相对论检验等。

然而，现有的冷原子束光钟具有体积庞大以及系统结构复杂的缺点，因而难以搬离实验室并实现室外应用，这限制了冷原子束光钟在与时频相关领域的发展。虽然现有的热原子束光钟可以在很大程度上克服冷原子束光钟体积庞大、难以搬运的缺陷，但是依旧存在稳定性较差的缺点。

发明内容

本发明提供一种喷泉式光钟，相较于现有光钟能够提高光学拉姆塞谱的作用时间，从而压窄探测谱线线宽，并将其用于激光频率锁定。经过计算，能够极大提高光频原子钟的稳定度，使光频原子钟的秒稳达到10^-18量级，高于现今指标最好的光晶格钟一个量级以上。

本发明提供一种喷泉式光钟的实现方法，该实现方法能够得到高稳定度的喷泉式光钟。

本发明提供一种喷泉式光钟，其中，包括：698nm钟激光单元、声光调制单元、锶原子炉、冷却激光单元、461nm探测激光单元、光电探测器、光束调节单元以及伺服电路单元；

其中，所述698nm钟激光单元产生698nm激光出射至所述声光调制单元，所述698nm激光单元出光端出射的698nm激光经声光调制单元后得到第一激光；

所述光束调节单元设置在所述第一激光的光路上，所述第一激光经所述光束调节单元得到第二激光，且所述第二激光和所述第一激光平行；

所述冷却激光单元的出光端朝向所述锶原子炉喷射形成的的锶原子束，经所述冷却激光单元出光端出射的激光对所述锶原子束中的锶原子进行冷却并形成光学黏团，所述光学黏团以速度v为初速度，在重力的影响下上升下降与所述第一激光以及所述第二激光相互作用形成拉姆塞谱线后进入荧光探测区；

所述461nm探测激光单元的出光端出射的461nm激光与荧光探测区的所述锶原子相互作用，以探测得到包含钟跃迁信息的拉姆塞谱信号；

所述光电探测器的信号输出端与所述伺服电路单元的信号输入端连接，所述伺服电路的信号输出端与所述声光调制单元的信号输入端连接，所述光电探测器被配置为探测所述包含钟跃迁信息的拉姆塞谱信号，所述伺服电路单元将包含钟跃迁信息的拉姆塞谱信号转化为误差信号，并依据误差信号产生伺服信号以反馈控制所述声光调制单元。

如上所述的喷泉式光钟，其中，所述第一激光和/或所述第二激光选自脉冲型激光或连续型激光。

如上所述的喷泉式光钟，其中，若所述第一激光和所述第二激光与所述光学黏团相互作用均形成π/2脉冲，则所述光学黏团与所述第一激光以及所述第二激光共相互作用4次形成拉姆塞谱线后进入荧光探测区。

如上所述的喷泉式光钟，其中，若所述第一激光与所述光学黏团相互作用形成π/2脉冲，所述第二激光与所述光学黏团相互作用形成π脉冲，则所述光学黏团与所述第一激光相互作用2次，与所述第二激光相互作用1次形成拉姆塞谱线后进入荧光探测区。

如上所述的喷泉式光钟，其中，还包括：第一光学谐振腔；

所述第一光学谐振腔位于所述第一激光的光路上，所述第一光学谐振腔用于使所述第一激光和所述光学黏团相互作用。