CN102104382A - 减小铷原子频标光频移的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种减小铷原子频标光频移的方法包括：在光谱灯和集成滤光共振泡之间放置滤光片；发送相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，并发送电压激励信号作用于光谱灯，以控制光谱灯的工作状态。本发明能减小铷原子频标的光频移，从而提高铷原子频标输出频率的准确度。

Description

减小铷原子频标光频移的方法
技术领域
本发明涉及被动型铷原子频标领域，尤其涉及一种减小铷原子频标光频移的方法。
背景技术
原子频标是提供标准频率和时间的设备。铷原子频标因其具有体积小、低功耗和较好的抗恶劣环境的能力，而成为应用最广泛的一种原子频标。它同时具有较好的指标，能满足绝大多数军用和民用工程的需要，具体可用于预警机、战机、电子对抗、第三代移动通信技术网络和电力监控等工程领域。
铷原子频标主要包括压控晶体振荡器、物理系统和电子线路。物理系统具体包括光谱灯、集成滤光共振泡、微波腔、C场线圈(即均匀磁场线圈)、光电池、耦合环以及磁屏。电子线路具体包括射频倍频模块和综合伺服模块。综合伺服模块包括微处理器、数字频率合成器以及同步鉴相器。射频倍、混频模块包括用于射频倍频单元和微波倍、混频单元。
为了提高原子频标的信噪比，原子频标采用的是光抽运的方法。而抽运光将会引起铷原子跃迁频率的移动，即光频移。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，其与抽运光的光强成正比且与抽运光的光谱轮廓有关。为了减小铷原子频标的光频移，通常采用改变抽运光光强的方法。然而，一方面，改变抽运光光强的所测得的原子频标整机频率曲线不是完全交于一点，而是交于一个小的三角形区域，因此，改变光强并不能完全消除光频移对原子频标输出频率稳定度的影响。另一方面，光频移的大小不但与抽运光的光强成正比，而且与抽运光光谱线的线形函数关系密切。在光谱线线型函数范围内有一部分频率分量会引起铷原子跃迁频率的正向移动即正光频移，另一部分频率分量引起负频移，抽运光引起的光频移是上述正光频移和负光频移的叠加。当光谱线的线性函数发生微小变化时，很容易导致正光频移和负光频移的总和不为零，而引起铷原子频标的光频移，因而，仅仅改变抽运光光强不能消除光谱线的线性函数发生变化引起的光频移，从而会影响铷原子频标输出频率的稳定度。
因此，有必要提供一种减小铷原子频标光频移的方法来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种减小铷原子频标光频移的方法，能减小铷原子频标的光频移，从而提高铷原子频标输出频率的准确度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种减小铷原子频标光频移的方法，包括在光谱灯和集成滤光共振泡之间放置滤光片；发送相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，并发送电压激励信号作用于光谱灯，以控制光谱灯的工作状态。
具体地，发送相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，且同时发送方波电压激励信号作用于光谱灯的步骤具体为：数字频率合成器根据微处理器发送的频率合成指令产生综合调制信号；射频倍频单元和微波倍、混频单元将压控晶体振荡器的输出频率信号和综合调制信号进行倍频和混频得到相干微波探询信号，并将相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，同时，微处理器发送电压激励信号作用于光谱灯的激励电路，以控制所述光谱灯的工作状态。
具体地，在光谱灯和集成滤光共振泡之间放置滤光片之间之前，先执行以下步骤：获得铷原子频标的输出频率与光谱灯的光强无关时集成滤光共振泡的温度，并保持所述集成滤光共振泡的温度。
具体地，获得铷原子频标的输出频率与光谱灯的光强无关时集成滤光共振泡的温度，并保持所述集成滤光共振泡的温度的具体为：将集成滤光共振泡的温度设定为一固定值，改变光谱灯的光强并测量对应的铷原子频标的输出频率；
比较测得的铷原子频标的输出频率，若相同，则获得铷原子频标的输出频率与光谱灯的光强无关时集成滤光共振泡的温度，并保持所述集成滤光共振泡的温度，否则，改变集成滤光共振泡的温度并返回上一步骤。
具体地，所述滤光片为磁性超精细成分滤光片。
具体地，所述电压激励信号为方波信号。
具体地，所述相干微波探询信号由两个相干的微波脉冲叠加而成，且两个微波脉冲之间的时间间隔大于铷原子的驰豫时间。
与现有技术相比，一方面，由于设置在光谱灯和集成滤光共振泡之间滤光片不仅可以控制光谱灯的光强，而且可以改善抽运光的光谱线的线形函数，从而使抽运光光谱线形是围绕铷原子频标的中心频率完全对称的，因而可减小铷原子频标的光频移。另一方面，由于本发明不仅通过发送相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，使内部的铷原子产生共振，而且通过发送电压激励信号控制光谱灯的工作状态，即禁止光谱灯工作或使光谱灯工作，使光谱灯产生脉冲式的光，因而，在光检测的过程中，可大大缩短光谱灯呈开启状态的时间，从而，进一步减小铷原子频标的光频移。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为采用本发明减小铷原子频标光频移的方法的铷原子频标的结构示意图。
图2为本发明提高铷原子频标频率准确度的方法的主流程图。
图3为本发明减小铷原子频标光频移的方法中方波电压激励信号、相干微波脉冲信号以及光检测信号的波形图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
如图1所示，采用本实施例减小铷原子频标光频移的方法的铷原子频标包括：微处理器10、数字频率合成器11、压控晶体振荡器12、隔离放大器13、射频倍频单元14、微波倍、混频单元15、物理系统16、同步鉴相器17以及磁性超精细成分滤光片18。所述物理系统16包括产生抽运光的光谱灯161、存储铷原子的集成滤光共振泡162、存储微波场的微波腔163、产生平行于所述微波腔轴线的静磁场的C场线圈164、检测光信号即量子鉴频信号的光电池165、将微波探询信号耦合进所述微波腔的耦合环166、防止静磁场穿透的磁屏(未图示)、使所述光谱灯161和所述微波腔163保持恒温状态的所述温度控制模块(未图示)以及为所述C场线圈164提供电流的恒流源(未图示)。所述微处理器10用于产生频率合成指令、同步鉴相参考信号和电压激励信号。所述数字频率合成器11用于根据所述微处理器10产生的频率合成指令产生综合调制信号。所述隔离放大器13用于对所述压控晶体振荡器12的输出频率进行隔离和放大。所述射频倍频单元14用于将所述压控晶体振荡器12的输出频率进行倍频。所述微波倍、混频单元15用于将经过所述射频倍频单元14倍频后的所述压控晶体振荡器12的输出频率和所述数字频率合成器11产生的综合调制信号进行倍频和混频后得到微波探询信号。所述同步鉴相器17用于对所述物理系统16输出的光电检测信号进行同步鉴相。
参考图1-2，本实施例减小铷原子频标光频移的方法包括如下步骤：
步骤S1，将集成滤光共振泡162的温度设定为一固定值，多次改变光谱灯161的光强并测量对应的多个铷原子频标的输出频率f；
步骤S2，比较测得的铷原子频标的输出频率f，若相同，则进入步骤S3，否则，改变集成滤光共振泡162的温度并返回步骤S1；
步骤S3，获得铷原子频标的输出频率与光谱灯的光强无关时集成滤光共振泡162的温度T0，并保持所述集成滤光共振泡162的温度T0；
步骤S4，在光谱灯161和集成滤光共振泡162之间放置磁性超精细成分滤光片18；
步骤S5，数字频率合成器11根据微处理器10发送的频率合成指令产生综合调制信号；
步骤S6，射频倍频单元14和微波倍、混频单元15将压控晶体振荡器12的输出频率信号和综合调制信号进行倍频和混频得到相干微波探询信号f1，并将相干微波探询信号f1作用于集成滤光共振泡162，且微处理器10发送方波电压激励信号U作用于光谱灯161的激励电路，以控制光谱灯161的工作状态。
具体地，如图3所示，相干微波探询信号f1由两个相干的微波脉冲1和微波脉冲2叠加而成，且两个微波脉冲之间的时间间隔大于铷原子的驰豫时间。相干微波探询信号f1中的微波脉冲2先有效作用于集成滤光共振泡162，使所述集成滤光共振泡162内的铷原子共振，然后光谱灯161的激励电路在方波电压激励信号U的激励下点亮光谱灯161，即图3中a所指示的时刻。接着，在保持微波脉冲2有效作用的基础上，通过微处理器10进行取样检测，产生光电检测信号f2即图3中b所指示的时刻。完成光电检测后，当完成光电检测即图3中c所指示的时刻后一段时间即图3中d所指示的时刻，方波电压激励信号U停止有效作用于光谱灯161即控制光谱灯161停止工作，同时相干微波探询信号f1也停止有效作用于集成滤光共振泡162，且微处理器10把经过同步鉴相器17进行同步鉴相后的量子纠偏信息发送给压控晶体振荡器12，完成整机的伺服。
从上述技术方案可知，一方面，由于设置在光谱灯161和集成滤光共振泡162之间滤光片18不仅可以控制光谱灯161的光强，而且可以改善抽运光的光谱线的线形函数，从而使抽运光光谱线形是围绕铷原子频标的中心频率完全对称的，因而可减小铷原子频标的光频移。另一方面，由于本发明不仅通过发送相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡162，使内部的铷原子产生共振，而且通过发送电压激励信号U控制光谱灯161的工作状态，即禁止光谱灯161工作或使光谱灯161工作，从而使光谱灯161产生脉冲式的光，因而在光检测的过程中，可大大缩短光谱灯161呈开启状态的时间，从而，进一步减小铷原子频标的光频移。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (7)

1.一种减小铷原子频标光频移的方法，包括：
在光谱灯和集成滤光共振泡之间放置滤光片；
发送相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，并发送电压激励信号作用于光谱灯，以控制光谱灯的工作状态。
2.如权利要求1所述的减小铷原子频标光频移的方法，其特征在于，发送相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，并发送电压激励信号作用于光谱灯具体为：
数字频率合成器根据微处理器发送的频率合成指令产生综合调制信号；
射频倍频单元和微波倍、混频单元将压控晶体振荡器的输出频率信号和综合调制信号进行倍频和混频得到相干微波探询信号，并将相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，且微处理器发送电压激励信号作用于光谱灯的激励电路，以控制光谱灯的工作状态。
3.如权利要求1所述的减小铷原子频标光频移的方法，其特征在于，在光谱灯和集成滤光共振泡之间放置滤光片之间之前，先执行以下步骤：
获得铷原子频标的输出频率与光谱灯的光强无关时集成滤光共振泡的温度，并保持所述集成滤光共振泡的温度。
4.如权利要求3所述的减小铷原子频标光频移的方法，其特征在于，获得铷原子频标的输出频率与光谱灯的光强无关时集成滤光共振泡的温度，并保持所述集成滤光共振泡的温度具体为：
将集成滤光共振泡的温度设定为一固定值，改变光谱灯的光强并测量对应的铷原子频标的输出频率；
比较测得的铷原子频标的输出频率，若相同，则获得铷原子频标的输出频率与光谱灯的光强无关时集成滤光共振泡的温度，并保持所述集成滤光共振泡的温度，否则，改变集成滤光共振泡的温度并返回上一步骤。
5.如权利要求1所述的减小铷原子频标光频移的方法，其特征在于，所述滤光片为磁性超精细成分滤光片。
6.如权利要求1-4任意一项所述的减小铷原子频标光频移的方法，其特征在于，所述电压激励信号为方波信号。
7.如权利要求6中所述的减小铷原子频标光频移的方法，其特征在于，所述相干微波探询信号由两个相干的微波脉冲叠加而成，且两个微波脉冲之间的时间间隔大于铷原子的驰豫时间。
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