CN106462112B

CN106462112B - 光原子钟

Info

Publication number: CN106462112B
Application number: CN201580023960.2A
Authority: CN
Inventors: 梁伟; 安德烈·马茨科; 卢特·马利基; 丹尼·埃利亚胡; 弗拉基米尔·伊尔琛科; 阿纳托利·萨夫琛科夫
Original assignee: Oewaves Inc
Current assignee: Oewaves Inc
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2019-04-16
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: WO2015143048A1; CN106462112A; EP3120200A1; EP3120200B1; CA2943119A1; EP3120200A4; JP2017514111A; US9983550B2; US20170176949A1

Abstract

本发明公开了一种利用两种不同的激光源的光原子钟。源激光器被锁定至第一光学谐振器，所述第一光学谐振器针对所述源激光器支持回音壁模式，并根据源激光器的输出通过多波混合生成光学超参量边带。参考激光器通过第二光学谐振器被锁定至原子参考，并且所述第一光学谐振器被锁定至所述参考激光器。锁定至原子参考且根据与所述原子参考的时钟跃迁无关的波长生成的光学参量边带在所述第一光学谐振器外面耦合，以生成可用于原子计时的RF信号。

Description

光原子钟

本申请要求2014年3月19日提交的美国临时专利申请No.61/955,701的权益。这些和所有其他参考的外部材料以其整体通过引用并入本文。在通过引用并入的参考中，术语的定义或用法与本文中提供的术语的定义不一致或相矛盾时，本文中提供的术语的定义视为可控的。

技术领域

本发明的领域涉及原子钟，尤其涉及包括光学元件的原子钟。

背景技术

下面的描述包括可以帮助理解本发明的信息。这并不表示这里提供的任何信息属于现有技术或者与所要求的本发明有关，或者不表示任何明确或暗中引用的公开文件属于现有技术。

依赖特有的电能跃迁以生成频率标准的原子钟提供了时间间隔的高精度测量，所述时间间隔对于多种在经济上具有重要意义的装置和系统而言是不可或缺的，特别是对于全球定位系统而言。这样的时钟的同步网络被用于生成国际原子时间标准，该国际原子时间标准作为用于全世界常规计时的协调通用时间的基础。

典型的原子钟利用了可控电子振荡器，该可控电子振荡器生成与在铯原子或铷原子中观察到的超精细能量跃迁相对应的微波频率。通过包含有合适原子或分子的原子参考室(例如，蒸汽室)对发射的微波的吸收，从而为调节电子振荡器以固定发射频率的控制回路提供反馈。虽然概念相对简单，但是在实际上，对电子振荡器的初始稳定、其他电子跃迁所生成的频率、以及诸如温度变化的环境因素进行修正会使这样的原子钟的设计和工作极大地复杂化。

近来开发出了基于光学频率的原子钟。例如，Savchenkov等人的美国专利申请公开No.2013/00037666描述了一种光原子钟，在该光原子钟中，激光器输出与可调谐的光学谐振器及原子参考耦合。本文中所认定的所有出版物都通过引用以相同的程度并入，如同每个单独的出版物或专利申请都特别地和单独地通过引用而并入。在并入的参考中，术语的定义或用法与在本文中提供术语的定义不一致或相矛盾时，采用本文中提供的术语的定义，弃用参考中的术语的定义。通过该方式，原子参考对激光器输出的吸收形成反馈回路的一部分，该反馈回路用于稳定可调谐的光学谐振器。通过激光器输出的非线性波混合，稳定的光学谐振器提供相对于原子参考稳定的光梳。接下来使用稳定的光梳生成RF信号。但是，在该设计中，所使用的波长必定被限制为与光学谐振器及原子参考都兼容的波长。

因此，仍然需要一种使光学谐振器稳定和光梳生成分离的光原子钟。

发明内容

本发明的主题提供了其中可调谐的光学谐振器被用于通过非线性波混合由第一激光器的输出生成光学参量边带的装置、系统和方法。提供以不同频率工作的第二激光器，该第二激光器被锁定至原子参考。可调谐的光学谐振器依次被锁定至第二激光器的输出。通过这种方式，根据以第一波长工作的第一激光器的输出生成的光学参量边带通过以第二波长工作的第二激光器被间接锁定至原子参考的时钟跃迁。

本发明构思的一个实施方式是一种光原子钟，该光原子钟包括由光学材料制成的光学谐振器(例如，回音壁模式谐振器)，所述光学材料具有光学非线性并能够根据非线性波混合产生两个或更多个光学参量边带。光学谐振器是可调谐的(例如，通过施加热、压力、和/或电势)。第一激光器与光学谐振器光耦合，并通过合适的锁定机构被锁定至光学谐振器。该第一激光器以第一波长工作，光学谐振器可以使用该第一波长以产生光学参量边带。光学谐振器依次被锁定至第二激光器。第二激光器被锁定至原子参考(例如，利用包括Pound-Drever-Hall电路的机构)并以第二波长工作，该第二波长对应于伴随原子参考中保留的核素而发生的原子钟跃迁或分子钟跃迁。合适的原子参考包括蒸汽室并且能够例如包围作为参考核素的铯或铷。其他合适的原子参考包括陷阱(例如，原子阱、离子阱、和/或用作固态原子阱的掺杂固态基质)，其中陷阱包括合适的参考原子或参考离子。在一些实施方式中，第二激光器还与光学谐振器进行光通信，光学谐振器反过来又能够支持两种或更多种谐振器模式。产生的光学参量边带被光探测器接收，光探测器将通过原子参考中发生的原子钟跃迁或分子钟跃迁来稳定的光学参量边带转换为RF信号。在一些实施方式中，第一激光器生成波长比第二激光器的波长短的输出。在其他实施方式中，第一激光器生成波长比第二激光器的波长长的输出。

本发明构思的另一个实施方式是一种提供原子钟的方法。在该实施方式中，提供了一种光学谐振器(例如，回音壁模式谐振器)，其中光学谐振器由光学材料制成，该光学材料具有光学非线性并能够根据非线性波混合产生两个或更多个光学参量边带。光学谐振器是可调谐的(例如，通过施加热、压力、和/或电势)。还提供了第一激光器，该第一激光器与光学谐振器光耦合，并通过合适的锁定机构被锁定至光学谐振器。该第一激光器以第一波长工作，光学谐振器可以使用该第一波长以产生光学参量边带。还提供了第二激光器，光学谐振器被锁定至该第二激光器。第二激光器依次被锁定至原子参考(例如，利用包括Pound-Drever-Hall电路的机构)并以第二波长工作，该第二波长对应于伴随原子参考中保留的核素而发生的原子钟跃迁或分子钟跃迁。合适的原子参考包括蒸汽室并且能够例如包围作为参考核素的铯或铷。其他合适的原子参考包括陷阱(例如，原子阱、离子阱、和/或用作固态原子阱的掺杂固态基质)，其中陷阱包括合适的参考原子或参考离子，在一些实施方式中，第二激光器还与光学谐振器进行光通信，光学谐振器反过来又能够支持两种或更多种谐振器模式。由此产生的光学参量边带被光探测器接收，光探测器将通过原子参考中发生的原子钟跃迁或分子钟跃迁来稳定的光学参量边带转换为RF信号。在一些实施方式中，第一激光器生成波长比第二激光器的波长短的输出。在其他实施方式中，第一激光器生成波长比第二激光器的波长长的输出。

通过下面参考附图对优选实施方式的具体描述，本发明主题的各种目的、特征、方面和优点将变得更加清晰，在附图中相似的附图标记代表相似的组件。

附图说明

图1示意性地描绘了本发明构思的装置。

具体实施方式

本发明构思提供了其中可调谐的光学谐振器被用于通过非线性波混合由第一激光器的第一波长输出生成光学参量边带的装置、系统和方法。还提供了第二激光器，该第二激光器用于锁定光学谐振器。第二激光器能够以和第一激光器的频率不同的频率工作，并被锁定至原子参考，该原子参考提供与第二激光器的频率相对应的原子钟跃迁或分子钟跃迁。结果，根据第一激光器的输出生成的光学参量边带被间接锁定至原子参考的电子时钟跃迁，但是，第一激光器产生的第一波长不需要与原子钟跃迁或分子钟跃迁相对应。因此，产生的光学参量边带可以被用于生成RF信号，该RF信号具有特有并高度可复现的频率，该频率能够用作原子钟。

应该领会的是，与现有技术相比，将与原子钟跃迁或分子钟跃迁相对应的频率和用于生成原子钟的RF信号特征的频率分离提供了大得多的设计灵活性，因为不需要将光学谐振器的模式与原子钟跃迁或分子钟跃迁相匹配。

在一些实施方式中，用于描述并要求保护本发明的某些实施方式的表示成分的量、性能(诸如，浓度、反应条件)等的数字应当理解成在一些情况下由术语“大约”来修饰。因此，在一些实施方式中，在所述书面说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是可以根据特定实施方式所获得的所需性能而变化的近似值。在一些实施方式中，应当根据所报告的有效数位的数字和通过应用惯常的四舍五入法来解释数值参数。虽然阐述本发明的一些实施方式的大致范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中阐述的数值按尽量可行的精确程度给出。本发明的一些实施方式中呈现的数值可能包含必然由在它们各自的试验测量中发现的标准偏差产生的某些误差。

如在本说明书中和之后的权利要求中所使用的那样，除非上下文另有明确说明，否则“一”，“一个”和“该”的含义包括多数。此外，如本说明书中所使用的那样，除非上下文另有明确说明，否则“在…之内”的含义包括“之内”和“之上”。

除非上下文另有相反说明，否则本文所提出的所有范围应该被解释为包括边界点，开放的范围应该被解释成包括商业上可实施的值。类似地，除非上下文另有相反说明，否则所有的值的列表应该被认为包括中间值。

本文对值的范围的列举仅仅是为了用作单独提及落在该范围内的每个单独数值的快捷方法。除非本文另外说明，否则每个在该范围内的单独的值均包括在本说明书中，就像其在本文中单独列举一样。除非本文另外说明或上下文有明显冲突，否则本文所述的所有方法可以按任何合适的顺序执行。相对于本文的某些实施方式提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅是为了更好地阐述本发明并且不对本发明的范围加以限制，而是进行要求保护。本说明书中的语言不应理解为是表示实践本发明所必需的任何不受要求保护的元件。

本文公开的发明的多组替选元件或实施方式不得理解为限制。每组构件可以单独或者按照与该组的其他构件或本文提出的其他元件的任何组合来进行指代并要求保护。为了方便和/或可专利性的目的，一组中可以包括或删除一组的一个或多个构件。当发生任何这些包括或删除时，本文中的说明书被视为包括所修改的组，因此实现在所附权利要求书中使用的任何马库什组的书面描述。

下述讨论提供了一些本发明主题的示例实施方式。尽管每个实施方式代表本发明元件的单一组合，但是认为本发明主题包括了公开元件的所有可能的组合。因此，如果某一实施方式包括元件A、B和C，而另一实施方式包括元件B和D，则即便未明确公开，也可认为本发明主题包括元件A、B、C或D的其他剩余组合。

除非上下文另外说明，在本文中使用的术语“耦合到(coupled to)”用于既包括直接耦合(其中两个元件彼此耦合、彼此接触)，又包括间接耦合(其中至少一个其他元件介于这两个元件之间)。因此，可将术语“耦合到”和“与……耦合(coupled with)”作为同义词使用。

图1示意性描绘了本发明构思的装置的示例。如图所示，装置100包括源激光器源105，该源激光器源105沿着光路107以第一波长(λ₁)提供输出。源激光器105可以是适于产生能够用作期望的RF频率的基础的第一波长的任何激光器，例如标称输出为1550nm的二极管激光器。光路107朝向可调谐的光学谐振器110，源激光器105的输出的至少一部分耦合到可调谐的光学谐振器110中。该可调谐的光学谐振器110可以至少部分由具有光学非线性并支持多种波混合的材料构成。在本发明构思的优选实施方式中，可调谐的光学谐振器110由提供立方非线性并支持四种波混合的材料(诸如，MgF₂)构成。可调谐的光学谐振器110可以由响应于环境因素(诸如，压力、温度和/或电势)而改变折射率，从而允许对光学谐振器110进行调谐的材料构成。为此，光学谐振器110可以与传感器(transducer)112耦合(例如，热耦合、电耦合、或物理耦合)，通过该传感器可以修改光学谐振器110的局部环境。例如，传感器112可以是电阻元件，该电阻元件与光学传感器112热耦合，并能够提供足以有效修改光学传感器的折射率的热量。在另一示例中，传感器112可以是压电装置，该压电装置与传感器112的表面接触，并能够向传感器112施加足以有效引起折射率改变的压力。在另一示例中，传感器112可以是电极，该电极与传感器112电耦合，并能够提供足以引起折射率改变的电势。该电极可以是与光学谐振器的表面接触的电极的形式，或者可替选地，可以是在制造过程期间应用于光学谐振器的一定面积的导电膜的形式。在一些实施方式中，可以提供一个以上的传感器。在这些实施方式中，传感器可以利用相似模式或不同模式改变光学谐振器的折射率。在其他实施方式中，提供单个多模式传感器，该单个多模式传感器能够提供一种以上的环境刺激，该环境刺激同时或依次有效地改变本发明构思的光学谐振器的折射率。例如，这样的多模式传感器可以配置成依次或同时提供热能和电势。

在本发明构思的优选实施方式中，光学谐振器110是回音壁模式谐振器。该回音壁模式谐振器可以具有轴对称，回音壁模式中的波关于该轴对称传播。为此，外表面可以朝着对称轴弯曲。例如，合适的回音壁模式谐振器可以为球体、卵形体、环形、或者环面的形式，并且其尺寸可以设置为支持一种或多种回音壁模式。在一些实施方式中，回音壁模式谐振器可以包括关于对称轴的突出区域，该突出区域用于限制在谐振器的回音壁模式中诱捕的光线。

本发明构思的回音壁模式谐振器能够由任何合适的材料制成。合适的材料包括晶体物质或非晶体物质。这样合适的材料的示例包括玻璃、熔融石英、铌酸锂、氟化钙(CaF₂)以及氟化镁(MgF₂)。

本发明构思的回音壁模式谐振器的大小，配置和组成支持在一种或多种期望的波长下的一种或多种回音壁模式。在示例性实施方式中，和标称输出为1550nm的源激光器一起使用的合适的谐振器可以为7mm的MgF₂环形谐振器。在该实施方式中，例如，可以通过光学谐振器的材料内的反向散射在光学谐振器110内生成对传λ₁波。可替选地，可以通过故意引入谐振器110的包含物或谐振器110的表面特征生成对传波。在优选实施方式中，该对传波的至少一部分在谐振器110的外面耦合，并沿着光路107返回，从而将源激光器105锁定至光学谐振器110(例如，通过光注入)。

如图1中所示，提供了第二激光器或参考激光器115，其沿着光路117以第二波长(λ₂)生成激光束。该参考激光器115可以是适于产生输出波长的任何激光源，所述输出波长与期望的原子参考兼容，并且在一些实施方式中与谐振器110的回音壁模式兼容。在优选实施方式中，参考激光器是DFB激光器，例如，该DFB激光器能够提供795nm的标称输出(与铷电子“时钟”跃迁相对应)。光路117上的光线的至少一部分与第二光学可调谐的光学谐振器120耦合。

在优选实施方式中，光学谐振器120是回音壁模式谐振器，并且可以具有任何合适的配置(例如，球体、卵形体、环形、或者曲面)。例如，当和具有795nm标称输出的DFB参考激光器一起使用时，合适的光学谐振器可以是直径为2mm至3mm的环形谐振器，并且可以被加载最多500kHz。可调谐的光学谐振器120耦合至传感器122，传感器122与(上面描述的)传感器112起类似的作用，以引起光学谐振器120的折射率改变。在本发明构思的优选实施方式中，谐振器120是回音壁模式谐振器。引导至光学谐振器120的光线的至少一部分在光学谐振器的外面沿着光路125耦合，该光线的至少一部分沿着光路125被引导至分束器127，分束器127将入射光分成光路130和光路147。光路130被引导朝向第二分束器135，第二分束器135将光线引导至原子参考137和从原子参考137引导光线。

有多种原子参考可用，并且能够用作本发明构思的原子参考。例如，合适的原子参考可以是蒸汽室，该蒸汽室包含原子或分子，所述原子或分子提供与λ₂所提供的能量相对应的电子跃迁(即，时钟跃迁)。可替选地，原子参考可以包括原子阱或分子阱。合适的陷阱包括原子阱、离子阱以及固态原子阱(例如，掺杂固态基质)。集中在原子参考内或者被原子参考集中的原子或分子可以是任何提供具有适当量级和复现性的电子跃迁以用作时钟跃迁的核素，诸如铯、铷、镱和/或氢。

对从分束器135接收的光线进行选择性吸收，产生由分束器135引向光电探测器140的返回光束。光电探测器140的输出反过来被用于向传感器122提供控制信号145，该控制信号将光学谐振器120锁定至原子参考137。之后，在传感器122外面耦合并沿着光路117返回的光线用于将参考激光器115的输出锁定至原子参考137。在本发明构思的优选实施方式中，利用包括Pound-Drever-Hall电路的装置生成控制信号145。

来自参考激光器115的光线沿着光路147由分束器127引导，并沿着光路152穿过二色镜150。在光路152上传播的光线的至少一部分耦合到光学谐振器110中。应该领会的是，在这些实施方式中，光学谐振器110可以是回音壁模式谐振器，其支持与λ₁和λ₂相对应的至少两种谐振器模式。耦合到谐振器110中的光线的至少一部分在该谐振器外面沿着光路155耦合，并耦合到光电探测器157中。在一些实施方式中，包括选择性允许来自参考激光器115的光线沿着光路155传播的装置，例如滤光器、光栅、和/或选择性允许自参考激光器115的光线到达光电探测器157的二色镜。光电探测器157的输出被用于生成控制信号160，控制信号160用于控制传感器112，由此将谐振器110锁定至参考激光器，参考激光器依次又被锁定至原子参考137。在本发明构思的一些实施方式中，利用包括Pound-Drever-Hall电路的装置生成控制信号160。应该领会的是，这反过来又能够将以λ₁工作的源激光器105间接锁定至原子参考137，原子参考137具有与独特且独立的λ₂相对应的时钟跃迁。这在光原子钟的设计和实施中对参考激光器、源激光器以及原子参考的选择提供了空前的灵活性。

源激光器105的输出可以被控制成提供充分的光学功率(其可以比参考激光器115的光学功率大)，从而通过多波混合在光学谐振器110内生成光学超参量边带，例如，多波混合可以生成光梳。例如，通过利用具有1550nm标称输出的源激光器和具有795nm标称输出的铷原子参考稳定的参考激光器，7mm的MgF₂环形回音壁多模式谐振器能够在795nm时被TM加载为大约70kHz以及在1550nm时被TM加载为大约300kHz。这些光学超参量边带能够在光学谐振器110外面耦合，并沿着光路152被引导至二色镜150。二色镜150将这些光学超参量边带反射至光电探测器165，光电探测器165的输出可以被用于生成可用于原子计时的RF信号167。

本发明构思的另一个实施方式是一种用于生成可用于原子计时的RF信号的方法。在该方法中，提供有源激光器，该源激光器光耦合至第一可调谐的光学谐振器，第一可调谐的光学谐振器优选是具有多种谐振器模式的回音壁模式谐振器。源激光器发射的光线进入第一光学谐振器，在一些实施方式中，在第一谐振器中(例如，通过反向散射)生成的对传波在该谐振器外面耦合，并返回至源激光器。例如，该返回光线可通过光注入将源激光器耦合至第一光学谐振器。

还提供了第二激光器或参考激光器，其能够提供波长与源激光器的波长分离且不同的光线。在本发明构思的一些方法中，参考激光器提供的光线的波长比源激光器的波长要长。在其他实施方式中，参考激光器提供的光线的波长比源激光器的波长要短。来自参考激光器的光线被引向第二光学谐振器并耦合到第二光学谐振器中，第二光学谐振器可以是回音壁模式谐振器。光线可以作为分离的光束在第二光学谐振器外面耦合，一部分分离光束被引导至原子参考。参考激光器发射的波长被选择成与原子参考的原子核素或分子核素的电子跃迁(即时钟跃迁)相对应。对来自参考激光器并被引导至原子参考的光线的至少一部分的吸收被光电探测器检测到，光电探测器提供用于控制第二光学谐振器的信号。这可以通过提供被发送给与第二光学谐振器接触或以其他方式通信的传感器的控制信号来实现。例如，可以提供控制信号，该控制信号通过加热、施加压力、施加电势、或这些手段的组合来修改第二光学谐振器的折射率。这样，第二光学谐振器耦合至与原子参考。

第二光学谐振器中的光线的至少一部分可以在谐振器外面耦合，并被返回至参考激光器，从而将参考激光器锁定至第二光学谐振器(例如，通过光注入)。这样，通过第二光学谐振器至光学参考的锁定，参考激光器被锁定至原子参考。这导致对参考激光器的输出相对于原子参考的稳定。

如上所提及的，在第二光学谐振器外面耦合的光线的一部分被引向分束器，该分束器将光线的一部分引向原子参考。该光线的另外一部分被引向二色镜，光线的另外一部分通过二色镜耦合到第一光学谐振器中。应该领会的是，第一光学谐振器针对源激光器输出和参考激光器输出都支持回音壁模式是有利的。

来自参考激光器的光线的至少一部分随后在第一光学谐振器外面耦合，并被引向第二光电探测器，第二光电探测器的输出被用于生成第二控制信号，该第二控制信号被发送至第一光学谐振器。这可以通过将第二控制信号发送给与第一光学谐振器接触或以其他方式通信的传感器来实现。例如，可以提供第二控制信号，该第二控制信号通过加热、施加压力、施加电势、或这些手段的组合来修改第一光学谐振器的折射率。这样，第一光学谐振器以独立于源激光器的输出的方式间接耦合至原子参考。

如上所提及的，第一光学谐振器可以由具有光学非线性(例如，立方非线性)的材料构成。这允许在光学谐振器被充分地光学加载时通过多波混合生成光学超参量边带。例如，当承受来自源激光器的合适光学负载时，由具有立方非线性的材料(例如，MgF₂)构成的第一光学谐振器可以基于源激光器的输出生成光学超参量边带。这样的光学参量边带可以在第一光学谐振器外面耦合，并被引回至二色镜。二色镜将光学超参量边带反射至光探测器，由此能够提供RF信号，该RF信号被间接锁定至原子钟跃迁或分子钟跃迁，但是不源于根据与该时钟跃迁相对应的源波长生成的光学超参量边带。

对于本领域一般技术人员而言显而易见的是，可以在不脱离本发明构思的前提下做出除已经描述的内容之外的改进。因此，除非是在随附的权利要求书中，否则本发明主题不受限制。此外，在解释说明书及权利要求书时，应以符合上下文的尽可能最宽泛的方式解释所有术语。尤其地，术语“包括”和“包含”应当解释为涉及以非排他性方式的元件、组件或步骤，这些元件、组件或步骤表明涉及的元件、组件或步骤可存在、或被利用、或与未明确涉及的其他元件、组件或步骤结合。当说明书和权利要求书涉及到从由A、B、C…和N构成的组中选出的至少一项时，此时该内容应该解释为仅需要该组中的一个要素，而不是需要该组中的A和N，或该组中的B和N等。

Claims

1.一种光原子钟，所述光原子钟包括：

光学谐振器，所述光学谐振器包括具有光学非线性的光学材料并配置为通过非线性波混合产生多个光学超参量边带；

第一激光器，所述第一激光器以第一波长工作，所述第一激光器通过光耦合器与所述光学谐振器光耦合并产生激光，所述激光与所述光学谐振器的光学材料互相作用以产生所述光学超参量边带；

第一锁定机构，所述第一锁定机构将所述第一激光器锁定至所述光学谐振器；

原子参考装置，所述原子参考装置包括提供原子钟跃迁或分子钟跃迁的原子或分子；

第二激光器，所述第二激光器以与所述原子钟跃迁或分子钟跃迁相对应的第二波长工作，通过第二锁定机构将所述第二激光器锁定至所述原子参考装置，其中所述第二激光器与所述光学谐振器进行光通信；

第三锁定机构，所述第三锁定机构将所述光学谐振器锁定至所述第二激光器；

光探测器，所述光探测器接收通过所述光耦合器在所述光学谐振器外面耦合的光线并被配置为将所述光学超参量边带转换为RF信号，所述RF信号通过所述原子参考装置的所述原子钟跃迁或分子钟跃迁被稳定。

2.如权利要求1所述的光原子钟，其中，所述光学谐振器为回音壁模式谐振器。

3.如权利要求1所述的光原子钟，其中，所述光学谐振器的折射率响应于由电势、温度和压力构成的组中的至少一者而改变。

4.如权利要求1所述的光原子钟，其中，所述原子参考装置包括蒸汽室，并且其中，所述蒸汽室包围包括参考原子的蒸汽，所述参考原子选自由铷和铯构成的组。

5.如权利要求1所述的光原子钟，其中，所述原子参考装置包括陷阱，所述陷阱选自由原子阱、离子阱和用作固态原子阱的掺杂固态基质构成的组，并且其中，所述陷阱包括参考原子或参考离子。

6.如权利要求1所述的光原子钟，其中，所述第二锁定机构包括Pound-Drever-Hall电路。

7.如权利要求1所述的光原子钟，其中，所述第一激光器以比所述第二激光器的输出功率高的输出功率工作。

8.如权利要求1所述的光原子钟，其中，所述第一激光器以比所述第二激光器的波长长的波长工作。

9.如权利要求1所述的光原子钟，其中，所述第一激光器以比所述第二激光器的波长短的波长工作。

10.如权利要求1所述的光原子钟，其中，所述光学谐振器具有至少两种谐振器模式。

11.一种提供适于原子计时的RF频率的方法，所述方法包括：

提供以第一波长工作的第一激光器，其中，所述第一激光器与光学谐振器光耦合，所述光学谐振器包括具有光学非线性的光学材料，从而通过所述光学谐振器产生多个光学超参量边带，并且其中，所述第一激光器被锁定至所述光学谐振器；

提供以第二波长工作的第二激光器，所述第二激光器与所述光学谐振器进行光通信并被锁定至原子参考，其中，所述原子参考包括提供原子钟跃迁或分子钟跃迁的原子或分子，并且其中，所述第二波长对应于所述原子钟跃迁或分子钟跃迁；

将所述光学谐振器锁定至所述第二激光器；

在所述光学谐振器外面耦合所述光学超参量边带并将所述光学超参量边带引向光探测器，其中，所述光探测器配置成将所述光学超参量边带转换为RF信号，所述RF信号通过所述原子参考的所述原子钟跃迁或分子钟跃迁被稳定。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述光学谐振器为回音壁模式谐振器。

13.如权利要求11所述的方法，其中，所述光学谐振器的折射率响应于由电势、温度和压力构成的组中的至少一者而改变。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述原子参考包括蒸汽室，并且其中，所述蒸汽室包围包括原子的蒸汽，所述原子选自由铷和铯构成的组。

15.如权利要求11所述的方法，其中，所述原子参考包括陷阱，所述陷阱选自由原子阱、离子阱和用作固态原子阱的掺杂固态基质构成的组，并且其中，所述陷阱包括参考原子或参考离子。

16.如权利要求11所述的方法，其中，利用包括Pound-Drever-Hall电路的锁定机构将所述第二激光器锁定至所述原子参考。

17.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一激光器以比所述第二激光器的输出功率高的输出功率工作。

18.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一激光器以比所述第二激光器的波长长的波长工作。

19.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一激光器以比所述第二激光器的波长短的波长工作。

20.如权利要求11所述的方法，其中，所述光学谐振器具有至少两种谐振器模式。