CN107404317B - 一种cpt原子钟控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种CPT原子钟控制方法，由一种CPT原子钟控制系统执行，系统包括激光器、物理系统、微波频率控制模块、激光频率控制模块、温度控制模块、信号检测模块、磁场控制模块和控制芯片，包括步骤：初始化所述控制芯片、激光器、物理系统和各控制模块；所述激光器和物理系统的温度控制；扫描激光频率并检测激光共振信号；调节激光调制信号的相位；扫描微波频率并检测微波共振信号；锁定微波频率并检测是否失锁，循环检测判断所述微波频率和所述激光频率是否失锁。

Description

一种CPT原子钟控制方法

技术领域

本发明涉及原子钟领域。更具体地，涉及一种CPT原子钟控制方法。

背景技术

原子钟因工作原理、量子态制备要求的不同，其体积、功耗、稳定度指标也不尽相同。在小体积、低功耗应用场景上，相干布居囚禁(CPT)原子钟具有较明显的优势，由于其独特的工作原理，从提出之后便受到关注和大量研究。针对小体积、低功耗应用场景，市场上存在基于不同控制芯片的CPT原子钟产品，分别是基于FPGA控制的CPT原子钟和基于单片机控制的CPT原子钟，二者都需要进行合理的时序设计和编程。基于FPGA控制的CPT原子钟控制精度高，但功耗和成本也高，基于单片机控制的CPT原子钟控制精度稍低，而功耗和成本可以降低很多。在稳定度指标要求可以满足的情况下，基于单片机控制的CPT原子钟具有更大的市场竞争力。

国外市场化的产品控制流程是其产品核心，程序不公开。国内相关研究很多还处于桌面系统状态，没有产品化，对系统的控制和调试大多是人工实现，缺少完整的自动控制，需要研发人员时刻跟踪调试，耗费人力和时间成本。同时系统出问题时，由于缺少自动化程序，对问题的定位速度慢、定位不准确，限制科学研究和产品研发速度。本发明提出的一种CPT原子钟控制系统，将系统分为若干个工作模块，通过控制芯片完成对不同模块的控制及频率锁定，这些控制和信号处理的实现需要对控制芯片和外围电路进行合理的设计和使用，并利用软件语言(C语言)对控制芯片进行编程。

发明内容

本发明提出的一种CPT原子钟控制系统，利用控制芯片对CPT原子钟进行时序控制与信号处理，驱动不同模块协调工作并处理相关信号，可以完整实现微小型CPT原子钟，输出10MHz标准信号，同时系统具有体积小、功耗低的优势。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种CPT原子钟控制系统，包括激光器、物理系统、微波频率控制模块、激光频率控制模块、温度控制模块、信号检测模块、磁场控制模块和控制芯片，其中所述控制芯片通过所述温度控制模块检测所述激光器和物理系统的温度并进行调节，对所述温度控制模块进行PID控制，产生用于满足原子钟工作的恒定温度；所述控制芯片通过控制所述微波频率控制模块产生3.4GHz的微波信号；所述控制芯片通过控制所述激光频率控制模块产生加载到激光器上的电压；所述磁场控制模块产生用于满足原子钟工作的恒定磁场；所述激光器出射的激光入射到所述物理系统中；所述物理系统将入射的激光转换为激光共振光谱信号，并将该激光共振光谱信号进行光电转换后传递到所述信号检测模块；所述信号检测模块将所述光电转换后的信号进行放大和滤波，得到激光直流信号和CPT信号并发送给控制芯片；所述控制芯片根据接收到的用于反馈控制的所述激光直流信号和CPT信号，调整加载在所述微波频率控制模块和所述激光频率控制模块上的电压，改变激光的出射波长，用于满足原子钟系统的稳定运行。

优选的，所述温度控制模块包括物理系统温度控制模块和激光温度控制模块，所述物理系统温度控制模块和激光温度控制模块均包括放大器和三极管，所述物理系统还包括热敏电阻和功率管，所述激光器还包括热敏电阻和可加热制冷陶瓷，所述物理系统温度控制模块和激光温度控制模块使用所述放大器对所述热敏电阻两端的电压进行放大并将该放大值传递给所述控制芯片，所述控制芯片根据CPT原子钟的运行温度控制所述物理系统温度控制模块和激光温度控制模块内的所述三极管输出反馈电压，用于控制所述物理系统内的功率管或所述激光器内的可加热制冷陶瓷，从而控制所述物理系统和激光器工作在稳定温度；

优选的，所述微波频率控制模块包括10MHz晶体振荡器、3.4GHz压控振荡器和锁相环，所述10MHz晶体振荡器产生10MHz标准脉冲，所述3.4GHz压控振荡器产生用于对激光进行频率调制的3.4GHz的微波信号，使用所述锁相环将所述3.4GHz压控振荡器产生的微波信号分频后与所述10MHz晶体振荡器产生的10MHz脉冲信号锁定，当所述信号检测模块将所述CPT信号发送给所述控制芯片后，所述控制芯片输出反馈电压加载到所述10MHz晶体振荡器上，间接控制所述3.4GHz压控振荡器输出稳定的微波信号。

优选的，所述激光频率控制模块包括20位数模转换芯片，当所述信号检测模块将所述激光直流信号发送给所述控制芯片后，所述控制芯片将反馈信号传递给所述数模转换芯片并改变该芯片的输出到所述激光器上的输出电压从而改变输出光信号的频率。

优选的，所述磁场控制模块包括放大器和磁场线圈，所述放大器在所述磁场线圈两端施加恒定电压，保持恒定电流流经磁场线圈，产生满足CPT原子钟工作的恒定磁场。

优选的，所述信号检测模块包括前级放大器和后级带通放大器，所述前级放大器对所述光电转换后的电信号进行整体放大，所述后级放大器分为两路，第一路后级放大器的通带频率对应所述激光信号的调制频率可以得到激光直流信号，第二路后级放大器的通带频率对应所述微波信号的调制频率可以得到CPT信号，所述信号检测模块将所述激光直流信号和CPT信号传递给所述控制芯片。

优选的，所述控制芯片的系统时钟由外部晶振提供，时钟频率为10MHz。

优选的，所述控制芯片利用内部的串口通信模块与上位机进行通信，实时显示系统内各个信号的状态，包括温度信号、温度反馈信号、激光和微波解调信号，以及锁定反馈信号，用于调试和错误定位。

优选的，所述控制芯片为FPGA或单片机。

基于该系统的CPT原子钟控制方法，利用控制芯片进行系统控制，利用软件语言对控制芯片进行编程，从而实现CPT原子钟的全自动控制，包括开机冷启动、热启动、锁定、失锁检测与重新锁定等。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种CPT原子钟控制方法，由一种CPT原子钟控制系统执行，系统包括激光器、物理系统、微波频率控制模块、激光频率控制模块、温度控制模块、信号检测模块、磁场控制模块和控制芯片，其中所述控制芯片通过所述温度控制模块检测所述激光器和所述物理系统的温度并进行调节，对所述温度控制模块进行PID控制，用于产生满足原子钟工作的恒定温度；所述控制芯片通过控制所述微波频率控制模块产生3.4GHz的微波信号；所述控制芯片通过控制所述激光频率控制模块产生加载到激光器上的电压；所述磁场控制模块产生用于满足原子钟工作的恒定磁场；所述激光器出射的激光入射到所述物理系统中；所述物理系统将入射的激光转换为激光共振光谱信号，并将该激光共振光谱信号进行光电转换后传递到所述信号检测模块；所述信号检测模块将所述光电转换后的信号进行放大和滤波，得到激光直流信号和CPT信号并发送给控制芯片；所述控制芯片根据接收到的用于反馈控制的所述激光直流信号和CPT信号，调整加载在所述微波频率控制模块和所述激光频率控制模块上的电压，改变激光的出射波长，用于满足原子钟系统的稳定运行；包括步骤：S101：初始化，用于初始化所述控制芯片、激光器、物理系统和各控制模块；S103：所述激光器和物理系统的温度控制；S105：扫描激光频率并检测激光共振信号，若收到解调激光信号但未调节过相位则转到步骤S107；若收到解调的激光信号且已调节过相位则转到步骤S109；若没有收到解调信号则继续进行扫描；S107：调节激光调制信号的相位，用于改变加载在激光器上的调制方波与数字解调的方波之间的相位关系，测量不同相位对应的解调信号强度，并记录解调信号最大时的相位，设置激光调制的相位并转到步骤S105；S109：扫描微波频率并检测微波共振信号，若检测到所述微波共振信号则转到步骤S111，否则继续扫描微波频率及检测微波共振信号；S111：锁定微波频率并检测是否失锁，利用PID算法对微波频率进行锁定，通过接收所述微波共振解调信号判断反馈参数值来判断所述微波频率是否失锁，若是则转到步骤S109；否则通过接收所述激光共振解调信号判断反馈参数值来判断所述激光频率是否失锁，若是转到步骤S105，否则循环检测判断。

优选的，所述步骤S103的激光器和物理系统的温度控制具体包括：S301：检测温度，用于检测所述激光器的激光管温度；S303：判断温度，若低于温度判定值认为是冷启动并转到步骤S305，否则认为是热启动并转到步骤S307；S305：冷启动，对所述物理系统进行加热，所述物理系统温度上升后将温度传递给所述激光器，所述激光器温度上升达到所述温度判定值后进入热启动；S307：热启动，对所述激光器和物理系统温度进行PID控制锁定；S309：判断温度是否稳定，若温度稳定则转到步骤S105，若所述激光器和物理系统温度无法达到稳定则输出第一错误信息。

优选的，所述步骤S105的扫描激光频率并检测激光共振信号具体包括：S501：控制加载到所述激光器的模拟电压幅度，通过对电压幅度的扫描实现激光频率扫描；S503：判断是否收到解调的激光信号，若是则转到步骤S505，若无法收到解调信号则输出第二错误信息；S505：判断是否调节过激光调制相位，若否转到步骤S107，若是则转到步骤S109。

优选的，所述步骤S109中扫描微波频率并检测微波共振信号具体包括：S901：利用PID算法对激光频率锁定；S903：控制加载在所述晶体震荡器上的电压值并进行电压幅度扫描，利用所述锁相环将所述晶体振荡器与所述压控振荡器的相位锁定；S905：通过控制加载在所述压控震荡器上的电压值并进行电压幅度扫描实现所述压控振荡器的频率扫描，从而实现与原子相互作用的微波场频率扫描；S907：判断是否检测到所述解调微波共振信号，若是则记录相关锁定参数并转到步骤S111，若无法收到解调信号则输出第三错误信息。

优选的，所述控制芯片可以是FPGA或单片机。

本发明的有益效果如下：

本发明提出的CPT原子钟控制系统，所述技术方案利用控制芯片对CPT原子钟进行时序控制与信号处理，驱动不同模块协调工作并处理相关信号，可以完整实现微小型CPT原子钟，能够输出10MHz标准信号，并且具有体积小、功耗低、成本低、易于调试的优势，方便进行产品定型与批量生产，具有广阔的市场应用。基于本发明系统的CPT原子钟控制方法通过设置不同的工作状态，实现了对系统不同模块的单独控制，在测试过程中方便整体调试与测试，并通过出错时输出错误信号，方便错误的定位和解决，缩短研发周期。利用该控制方法，可以实现CPT原子钟的全自动控制，包括开机冷启动、热启动、锁定、失锁检测与重新锁定等。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明所述一种CPT原子钟控制系统的结构框图；

图2示出本发明所述一种CPT原子钟控制系统的详细结构框图；

图3示出本发明所述一种CPT原子钟控制方法的流程图；

图4示出本发明所述温度控制的流程图；

图5示出本发明所述扫描激光频率并检测激光共振信号的流程图；

图6示出本发明所述扫描微波频率及检测微波共振信号的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一种CPT原子钟控制系统，利用控制芯片进行系统控制，配合外围电路设计，可以实现一种小体积、低功耗、低成本的CPT原子钟。图1示出本发明所述一种CPT原子钟控制系统的结构框图，该系统包括激光器、物理系统、外围电路和控制芯片。图2示出本发明所述一种CPT原子钟控制系统的详细结构框图，外围电路划分为微波频率控制模块、激光频率控制模块、温度控制模块、信号检测模块和磁场控制模块。一种CPT原子钟控制系统，包括激光器、物理系统、微波频率控制模块、激光频率控制模块、温度控制模块、信号检测模块、磁场控制模块和控制芯片，其中所述控制芯片通过所述温度控制模块检测所述激光器和物理系统的温度并进行调节，对所述温度控制模块进行PID控制，产生用于满足原子钟工作的恒定温度；

在一个具体的实施例中，所述温度控制模块包括物理系统温度控制模块和激光温度控制模块，所述物理系统温度控制模块和激光温度控制模块均包括放大器和三极管。物理系统内部还包括功率管和热敏电阻，与物理系统温度控制模块一起实现对物理系统的温度控制：物理系统的实时温度由热敏电阻探测，使用所述放大器对热敏电阻两端电压进行放大并传递给控制芯片，由控制芯片推算热敏电阻温度，并根据CPT原子钟的运行温度使用所述物理系统温度控制模块内的所述三极管输出反馈电压并控制功率管的加热速率，从而控制所述物理系统工作在稳定温度；激光器内部还包括可加热制冷陶瓷和热敏电阻，与激光温度控制模块一起实现对激光器的温度控制：激光器的实时温度由热敏电阻探测，使用所述放大器对热敏电阻两端电压进行放大并传递给控制芯片，由控制芯片推算热敏电阻温度，并根据CPT原子钟的运行温度使用所述激光温度控制模块内的所述三极管输出反馈电压并驱动陶瓷加热或制冷，从而控制所述激光器工作在稳定温度。

所述控制芯片通过控制所述微波频率控制模块产生3.4GHz的微波信号；

在另一个具体实施例中，所述微波频率控制模块包括10MHz晶体振荡器、3.4GHz压控振荡器和锁相环，所述10MHz晶体振荡器产生10MHz标准脉冲信号，所述3.4GHz压控振荡器产生用于对激光进行频率调制的3.4GHz的微波信号。使用所述锁相环将所述3.4GHz压控振荡器产生的微波信号1367分频到2.5MHz，将所述10MHz晶体振荡器产生的10MHz脉冲信号4分频到2.5MHz，然后锁定所述3.4GHz压控振荡器和所述10MHz晶体振荡器，当所述信号检测模块将所述CPT信号发送给所述控制芯片后，所述控制芯片输出反馈电压加载到所述10MHz晶体振荡器上，从而间接控制所述3.4GHz压控振荡器输出稳定的微波信号。

所述控制芯片通过控制所述激光频率控制模块产生加载到激光器上的电压；

在另一个具体实施例中，所述激光频率控制模块包括20位数模转换芯片，当所述信号检测模块将所述激光直流信号发送给所述控制芯片后，所述控制芯片将反馈信号传递给所述数模转换芯片并改变该芯片输出到所述激光器上的输出电压从而改变输出光信号的频率，用于稳定激光器的出射波长。

所述控制芯片输出激光调制信号用于锁定所述激光信号的频率，利用乘法器，将激光信号耦合到3.4GHz调制信号，加载到激光器上。

所述激光器出射的激光入射到所述物理系统中；

所述物理系统将入射的激光转换为激光共振光谱信号，并将该激光共振光谱信号进行光电转换后传递到所述信号检测模块；

所述信号检测模块将所述光电转换后的信号进行放大和滤波，得到激光直流信号和CPT信号并发送给控制芯片；

在另一个具体实施例中，所述信号检测模块包括前级放大器和后级带通放大器，所述前级放大器对所述光电转换后的电信号进行整体放大，所述后级放大器分为两路，第一路后级放大器的通带频率对应所述激光信号的调制频率可以得到激光直流信号，第二路后级放大器的通带频率对应所述微波信号的调制频率可以得到CPT信号，所述信号检测模块将所述激光直流信号和CPT信号传递给所述控制芯片。

所述控制芯片根据接收到的用于反馈控制的所述激光直流信号和CPT信号，调整加载在所述微波频率控制模块和所述激光频率控制模块上的电压，改变激光的出射波长，用于满足原子钟系统的稳定运行。

所述磁场控制模块产生用于满足原子钟工作的恒定磁场；

在另一个具体实施例中，所述磁场控制模块包括放大器和磁场线圈，所述放大器在所述磁场线圈两端施加恒定的小幅电压，从而保持恒定电流流经磁场线圈，产生满足CPT原子钟工作的恒定磁场。

在另一个具体实施例中，所述控制芯片的系统时钟由外部晶振提供，时钟频率为10MHz。

在另一个具体实施例中，所述控制芯片利用内部的串口通信模块与上位机进行通信，实时显示系统内各个信号的状态，包括温度信号、温度反馈信号、激光和微波解调信号，以及锁定反馈信号，用于调试和错误定位。

在另一个具体实施例中，所述控制芯片可以是FPGA或单片机，FPGA和单片机各有优势，FPGA控制的CPT原子钟控制精度高，但功耗和成本也高，基于单片机控制的CPT原子钟控制精度稍低，而功耗和成本可以降低很多。

基于CPT原子钟控制系统，利用控制芯片进行系统控制，还提出了一种CPT原子钟控制方法，利用软件语言对控制芯片进行编程。一种CPT原子钟控制方法，由一种CPT原子钟控制系统执行，系统包括激光器、物理系统、微波频率控制模块、激光频率控制模块、温度控制模块、信号检测模块、磁场控制模块和控制芯片，其中所述控制芯片通过所述温度控制模块检测所述激光器和所述物理系统的温度并进行调节，对所述温度控制模块进行PID控制，用于产生满足原子钟工作的恒定温度；所述控制芯片通过控制所述微波频率控制模块产生3.4GHz的微波信号；所述控制芯片通过控制所述激光频率控制模块产生加载到激光器上的电压；所述磁场控制模块产生用于满足原子钟工作的恒定磁场；所述激光器出射的激光入射到所述物理系统中；所述物理系统将入射的激光转换为激光共振光谱信号，并将该激光共振光谱信号进行光电转换后传递到所述信号检测模块；所述信号检测模块将所述光电转换后的信号进行放大和滤波，得到激光直流信号和CPT信号并发送给控制芯片；所述控制芯片根据接收到的用于反馈控制的所述激光直流信号和CPT信号，调整加载在所述微波频率控制模块和所述激光频率控制模块上的电压，改变激光的出射波长，用于满足原子钟系统的稳定运行；图3示出本发明所述一种CPT原子钟控制方法的流程图，包括：步骤S101：初始化，用于初始化所述控制芯片、激光器、物理系统和各控制模块；初始化所述控制芯片内的时钟、串口通信、数模转换、模数转换，以及压控振荡器、晶体振荡器和锁相环。对应CPT原子钟控制系统中，控制芯片在上电后对芯片内部器件和外部压控振荡器、晶体振荡器和锁相环加载初始电压。

步骤S103：所述激光器和物理系统的温度控制；

在一个具体的实施例中，图4示出本发明所述温度控制的流程图，所述步骤S103的温度控制具体包括：步骤S301：检测温度，用于检测所述激光器的激光管温度；步骤S303：判断温度，若低于温度判定值认为是冷启动并转到步骤S305，否则认为是热启动并转到步骤S307；步骤S305：冷启动，对所述物理系统进行加热，所述物理系统温度上升后将温度传递给所述激光器，所述激光器温度上升达到所述温度判定值后进入热启动并转到步骤S307；步骤S307：热启动，对所述激光器和物理系统温度进行PID控制锁定；步骤S309：判断温度是否稳定，若温度稳定则转到步骤S105，若所述激光器和物理系统温度无法达到稳定则输出第一错误信息。对应CPT原子钟控制系统中，激光温度控制模块和物理系统温度控制模块的温度控制，控制芯片通过温度控制模块的放大器采集物理系统和激光器的实时温度，并根据CPT原子钟的运行温度利用激光温度控制模块和物理系统温度控制模块的三极管输出反馈电压并控制物理系统内功率管的加热速率和激光器内陶瓷的加热和制冷，从而控制所述物理系统和激光器工作在稳定温度；

步骤S105：扫描激光频率并检测激光共振信号，若收到解调激光信号但未调节过相位则转到步骤S107；若收到解调的激光信号且已调节过相位则转到步骤S109；若没有收到解调信号则继续进行扫描。

在一个具体的实施例中，图5示出本发明所述扫描激光频率并检测激光共振信号的流程图，所述步骤S105的扫描激光频率并检测激光共振信号具体包括：步骤S501：控制加载到所述激光器的模拟电压幅度，通过对电压幅度的扫描实现激光频率扫描；步骤S503：判断是否收到解调的激光信号，若是则转到步骤S505，若无法收到解调信号则输出第二错误信息；对应CPT原子钟控制系统中，所述信号检测模块前级放大器对所述光电转换后的电信号进行整体放大，所述第一路后级放大器的通带频率设置为所述激光信号的调制频率，对接收到的激光共振信号进行放大和滤波。步骤S505：判断是否调节过激光调制相位，若否转到步骤S107，若是则转到步骤S109。

S107：调节激光调制信号的相位，用于改变加载在激光器上的调制方波与数字解调的方波之间的相位关系，测量不同相位对应的解调信号强度，并记录解调信号最大时的相位，设置激光调制的相位并转到步骤S105。

S109：扫描微波频率并检测微波共振信号，若检测到所述微波共振信号则转到步骤S111，否则继续扫描微波频率及检测微波共振信号；

在一个具体的实施例中，图6示出本发明所述扫描微波频率及检测微波共振信号的流程图，所述步骤S109中扫描微波频率及检测微波共振信号具体包括：步骤S901：利用PID算法对激光频率锁定；步骤S903：控制加载在所述晶体震荡器上的电压值并进行电压幅度扫描，利用所述锁相环将所述晶体振荡器与所述压控振荡器的相位锁定；步骤S905：通过控制加载在所述压控震荡器上的电压值并进行电压幅度扫描实现所述压控振荡器的频率扫描，从而实现与原子相互作用的微波场频率扫描；步骤S907：判断是否检测到所述解调微波共振信号，若是则记录相关锁定参数并转到步骤S111，若无法收到解调信号则输出第三错误信息。对应CPT原子钟控制系统中，所述信号检测模块前级放大器对所述光电转换后的电信号进行整体放大，所述第二路后级放大器的通带频率设置为所述微波信号的调制频率，对接收到的微波共振信号进行放大和滤波。

步骤S111：锁定微波频率并检测是否失锁，利用PID算法对微波频率进行锁定，通过接收所述微波共振解调信号判断反馈参数值来判断所述微波频率是否失锁，若是则转到步骤S109；否则通过接收所述激光共振解调信号判断反馈参数值来判断所述激光频率是否失锁，若是转到步骤S105，否则循环检测判断。

在另一个具体实施例中，所述控制芯片可以是FPGA或单片机，FPGA和单片机各有优势，FPGA控制的CPT原子钟控制精度高，但功耗和成本也高，基于单片机控制的CPT原子钟控制精度稍低，而功耗和成本可以降低很多。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种CPT原子钟控制系统，其特征在于，包括激光器、物理系统、微波频率控制模块、激光频率控制模块、温度控制模块、信号检测模块、磁场控制模块和控制芯片，其中

所述控制芯片通过所述温度控制模块检测所述激光器和所述物理系统的温度并进行调节，对所述温度控制模块进行PID控制，用于产生满足原子钟工作的恒定温度；

所述控制芯片通过控制所述微波频率控制模块产生3.4GHz的微波信号；

所述控制芯片通过控制所述激光频率控制模块产生加载到激光器上的电压；

所述磁场控制模块产生用于满足原子钟工作的恒定磁场；

所述激光器出射的激光入射到所述物理系统中；

所述物理系统将入射的激光转换为激光共振光谱信号，并将该激光共振光谱信号进行光电转换后传递到所述信号检测模块；

所述信号检测模块将所述光电转换后的信号进行放大和滤波，得到激光直流信号和CPT信号并发送给控制芯片；

所述控制芯片根据接收到的用于反馈控制的所述激光直流信号和CPT信号，调整加载在所述微波频率控制模块和所述激光频率控制模块上的电压，改变激光的出射波长，用于满足原子钟系统的稳定运行；

其中，所述激光频率控制模块包括位数模转换芯片，当所述信号检测模块将所述激光直流信号发送给所述控制芯片后，所述控制芯片将反馈信号传递给所述数模转换芯片并改变该芯片的输出到所述激光器上的输出电压从而改变输出光信号的频率。

2.一种利用如权利要求1所述的CPT原子钟控制系统的CPT原子钟控制方法，其特征在于，包括步骤：

S101：初始化，用于初始化所述控制芯片、激光器、物理系统和各控制模块；

S103：所述激光器和物理系统的温度控制；

S105：扫描激光频率并检测激光共振信号，若收到解调激光信号但未调节过相位则转到步骤S107；若收到解调的激光信号且已调节过相位则转到步骤S109；若没有收到解调信号则继续进行扫描；具体包括：

S501：控制加载到所述激光器的模拟电压幅度，通过对电压幅度的扫描实现激光频率扫描；

S503：判断是否收到解调的激光信号，若是则转到步骤S505，若无法收到解调信号则输出第二错误信息；

S505：判断是否调节过激光调制相位，若否转到步骤S107，若是则转到步骤S109；

S107：调节激光调制信号的相位，用于改变加载在激光器上的调制方波与数字解调的方波之间的相位关系，测量不同相位对应的解调信号强度，并记录解调信号最大时的相位，设置激光调制的相位并转到步骤S105；

S109：扫描微波频率并检测微波共振信号，若检测到所述微波共振信号则转到步骤S111，否则继续扫描微波频率及检测微波共振信号；

S111：锁定微波频率并检测是否失锁，利用PID算法对微波频率进行锁定，通过接收所述微波共振解调信号判断反馈参数值来判断所述微波频率是否失锁，若是则转到步骤S109；否则通过接收所述激光共振解调信号判断反馈参数值来判断所述激光频率是否失锁，若是转到步骤S105，否则循环检测判断。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S103的激光器和物理系统的温度控制具体包括：

S301：检测温度，用于检测所述激光器的激光管温度；

S303：判断温度，若低于温度判定值认为是冷启动并转到步骤S305，否则认为是热启动并转到步骤S307；

S305：冷启动，对所述物理系统进行加热，所述物理系统温度上升后将温度传递给所述激光器，所述激光器温度上升达到所述温度判定值后进入热启动；

S307：热启动，对所述激光器和物理系统温度进行PID控制锁定；

S309：判断温度是否稳定，若温度稳定则转到步骤S105，若所述激光器和物理系统温度无法达到稳定则输出第一错误信息。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S109中扫描微波频率并检测微波共振信号具体包括：

S901：利用PID算法对激光频率锁定；

S903：控制加载在晶体振荡器上的电压值并进行电压幅度扫描，利用锁相环将所述晶体振荡器与压控振荡器的相位锁定；

S905：通过控制加载在所述压控振荡器上的电压值并进行电压幅度扫描实现所述压控振荡器的频率扫描，从而实现与原子相互作用的微波场频率扫描；

S907：判断是否检测到解调微波共振信号，若是则记录相关锁定参数并转到步骤S111，若无法收到解调信号则输出第三错误信息。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制芯片可以是FPGA或单片机。

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