CN107543611A - 一种原子谱线探测装置及系统闭环时间测量方法、调制频率与光强检测频率的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种原子谱线探测装置及系统闭环时间测量方法、调制频率与光强检测频率的控制方法。探测装置，包括恒流源模块、功率放大器、激光驱动模块、激光器、自稳频模块、光栅、分光片、光隔离器、控制模块和吸收泡；包括伺服单元、第一光电检测模块、第二光电检测模块、第三光电检测模块、DDS模块、倍频器、微波产生模块、隔离放大器和VCXO模块；本发明通过环路锁定以后，各部件只工作在中心频率附近的很小的线性区内，整个系统每一次的量子鉴频到伺服纠偏的闭环过程可以看作是不变的。基于此，提出一种改进的基于激光器的原子谱线高精度探测装置及系统闭环时间测量方法、调制频率与光强检测频率的控制方法。

Description

一种原子谱线探测装置及系统闭环时间测量方法、调制频率 与光强检测频率的控制方法

技术领域

本发明涉及原子谱线探测领域，具体涉及一种原子谱线探测装置及系统闭环时间测量方法、调制频率与光强检测频率的控制方法。

背景技术

以铷原子钟为例，在磁场的作用下，吸收泡中的87Rb产生原子分裂，形成如图1所示的超精细三态能级结构。图中为基态两个超精细结构对激发态的能级跃迁频率，，在87Rb中为6.834GHz。在这样的能级结构中，通过微波调制激光器电流，使激光光谱产生两个相干的调制边带fM，当fM＝1/2f0＝3.417GHz时，吸收泡中的基态超精细能级原子将建立一种相干囚禁机制，形成相干布局粒子数囚禁（Coherent PopulationTrapping）。

众所周知，要实现原子谱线的精确探测，需要配合外围的伺服电路来实现共振探测，然而在实际的伺服控制环路中，量子系统、等均具有非线性特性，环路分析非常复杂，而整个系统的环路响应时间更是无法分析。这其中，物理系统实际的驰豫时间在很大程度上限制了整个系统的环路响应时间，加上环路存在各电路模块的相位问题，给伺服模块误差信号采集及相应纠偏量输出带来很大的不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种改进的基于激光器的原子谱线高精度探测装置及系统闭环时间测量方法、调制频率与光强检测频率的控制方法。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（一）是：一种原子谱线探测装置，包括恒流源模块、功率放大器、激光驱动模块、激光器、自稳频模块、光栅、分光片、光隔离器、控制模块和吸收泡；

所述恒流源模块为所述激光驱动模块提供恒定的直流电流，功率放大器的微波信号输出端连接到所述激光驱动模块的信号输入端，所述激光驱动模块将功率放大器输入的微波信号对恒流源输入的直流电流进行调制后驱动激光器工作，所述自稳频模块连接到激光器对激光器光输出进行稳定处理，所述吸收泡内含⁸⁷Rb，适于提供原子共振吸收线，所述控制模块为吸收泡提供恒温工作环境以及原子化裂用的磁场，所述激光器的光输出通过光栅、分光片和光隔离器后到达所述吸收泡；

包括伺服单元、第一光电检测模块、第二光电检测模块、第三光电检测模块、DDS模块、倍频器、微波产生模块、隔离放大器和VCXO模块；

所述分光片将所述光输出分出一路给第一光电检测模块， 所述光隔离器与吸收泡之间设置有第三光电检测模块，所述吸收泡的光射出端设有第二光电检测模块，所述第一光电检测模块、第二光电检测模块和第三光电检测模块分别用于检测光强并将检测结果发送给所述伺服单元；所述VCXO模块的信号输出到所述隔离放大器，所述隔离放大器的信号输出端分别连接到所述伺服单元、DDS模块和倍频器，所述DDS模块和倍频器的信号输出端分别连接到所述微波产生模块的信号输入端；

所述伺服模块适于在隔离放大器输出信号为外时钟参考的前提下分别进行：

i、接收第一光电检测模块的光检信号，处理后作用于功率放大器；

ii、接收第二光电检测模块的光检信号，处理后来控制VCXO模块以及DDS模块的输出频率；

iii、对光隔离器进行开关控制。

进一步的，所述光隔离器为高速快门装置，适于对入射光进行通过或阻塞处理。

进一步的，所述伺服单元包括逻辑门阵列、与运算模块、处理单元、同步鉴相模块、信号产生模块、相位移动模块、步进纠偏量控制模块、信号源和漂移运算处理模块；

所述第三光电检测模块的信号输出到所述与运算模块，所述与运算的信号输出端连接到所述逻辑门阵列，所述逻辑门阵列的控制端连接到所述光隔离器，所述逻辑门阵列的延迟信号还输出到所述处理单元；

所述第二光电检测模块的信号输出到所述同步鉴相模块，所述同步鉴相模块的信号输出到所述处理单元，所述隔离放大器和第一光电检测模块的信号输出到处理单元；

所述信号产生模块适于生成同步参考信号，所述同步参考信号送至所述同步鉴相模块，所述同步鉴相模块适于将在同步鉴相中获得的直流电平信号送至处理单元，所述同步参考信号还通过相位移动模块被输入至所述DDS模块；

所述步进纠偏量控制模块适于根据所述直流电平信号生成量子纠偏信号控制信号源的输出信号频率；

所述漂移运算处理模块适于在所述处理单元的控制下按照漂移运算处理模块中设置的要求值对VCXO输出的频率值进行主动调整；

所述处理单元的控制端分别连接到所述与运算模块、功率放大器、信号产生模块、DDS模块、步进纠偏量控制模块和漂移运算处理模块。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（二）是：一种基于上述探测装置的系统闭环时间测量方法，所述逻辑门阵列为N个非门串接在一起，N为奇数，每个门电路的平均传输延迟时间为t；第三光电检测模块检测到的信号周期为T1，所述T1=2（Nt+△t），△t为系统闭环时间，△t=（T1-T0）/2。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（三）是：一种基于上述探测装置的调制频率与光强检测频率的控制方法，所述逻辑门阵列为N个非门串接在一起，N为奇数，每个门电路的平均传输延迟时间为t；第三光电检测模块检测到的信号周期为T1，所述T1=2（Nt+△t），△t为系统闭环时间，△t=（T1-T0）/2；

在获得系统闭环时间△t和系统闭环频率W值后，所述光隔离器一直为‘开’状态，即激光光束在后续可以一直进入吸收泡内，并且处理单元通过第一光电检测模块获得激光的光强I并存储在处理单元中。

处理单元将使能信号产生模块生成频率为4W的两路同频同相信号，并分别送入同步鉴相模块以及经相位移动模块后进入DDS模块中，同时处理单元按照2W的频率对光电检测1获得的光电信号I1进行检测，并与存储的I值进行比较，若I1>I，则处理单元控制功率放大器使其输出的微波信号功率减弱；反之若I1<I，则处理单元控制功率放大器使其输出的微波信号功率增强，最终的实现I1动态稳定的效果。

本发明的有益效果是：

本发明通过考虑到环路锁定以后，各部件都只工作在中心频率附近的很小的线性区内，整个系统每一次的量子鉴频（物理过程）到伺服纠偏（电路响应）的闭环过程可以看作是不变的。基于此，提出一种改进的基于激光器的原子谱线高精度探测装置及系统闭环时间测量方法、调制频率与光强检测频率的控制方法。

附图说明

下面结合附图对本发明的基于激光器的原子谱线高精度探测装置及系统闭环时间测量方法、调制频率与光强检测频率的控制方法作进一步说明。

图1是背景技术中所涉及的三态超精细能级图；

图2是本发明中基于激光器的原子谱线高精度探测装置；

图3是伺服单元的结构及工作原理示意图；

图4是逻辑门阵列的信号传输示意图；

图5是频率信号检测端检测到的信号周期示意图；

图6是微波探询信号范围示意图；

图7是未经处理的伺服采集原理图；

图8是经处理后的伺服采集原理图。

具体实施方式

实施例

根据图2所示，本发明中的基于激光器的原子谱线高精度探测装置，包括恒流源模块、功率放大器、激光驱动模块、激光器、自稳频模块、光栅、分光片、光隔离器、控制模块和吸收泡；还包括伺服单元、第一光电检测模块、第二光电检测模块、第三光电检测模块、DDS模块、倍频器、微波产生模块、隔离放大器和VCXO模块。

其中，恒流源模块为激光驱动模块提供恒定的直流电流，功率放大器的微波信号输出端连接到激光驱动模块的信号输入端，激光驱动模块将功率放大器输入的微波信号对恒流源输入的直流电流进行调制后驱动激光器工作，自稳频模块连接到激光器对激光器光输出进行稳定处理，吸收泡内含87Rb，适于提供原子共振吸收线，控制模块为吸收泡提供恒温工作环境以及原子化裂用的磁场，激光器的光输出通过光栅、分光片和光隔离器后到达吸收泡。

其中，分光片将光输出分出一路给第一光电检测模块， 光隔离器与吸收泡之间设置有第三光电检测模块，吸收泡的光射出端设有第二光电检测模块，第一光电检测模块、第二光电检测模块和第三光电检测模块分别用于检测光强并将检测结果发送给伺服单元；VCXO模块的信号输出到隔离放大器，隔离放大器的信号输出端分别连接到伺服单元、DDS模块和倍频器，DDS模块和倍频器的信号输出端分别连接到微波产生模块的信号输入端。

伺服模块适于在隔离放大器输出信号为外时钟参考的前提下分别进行：

i、接收第一光电检测模块的光检信号，处理后作用于功率放大器；

ii、接收第二光电检测模块的光检信号，处理后来控制VCXO模块以及DDS模块的输出频率；

iii、对光隔离器进行开关控制。

可以作为具体优选的是：光隔离器为高速快门装置，适于对入射光进行通过或阻塞处理。

其中，如图3所示，可以作为优选的是：伺服单元包括逻辑门阵列、与运算模块、处理单元、同步鉴相模块、信号产生模块、相位移动模块、步进纠偏量控制模块、信号源和漂移运算处理模块。

第三光电检测模块的信号输出到与运算模块，与运算的信号输出端连接到逻辑门阵列，逻辑门阵列的控制端连接到光隔离器，逻辑门阵列的延迟信号还输出到处理单元。

第二光电检测模块的信号输出到同步鉴相模块，同步鉴相模块的信号输出到处理单元，隔离放大器和第一光电检测模块的信号输出到处理单元。

信号产生模块适于生成同步参考信号，同步参考信号送至同步鉴相模块，同步鉴相模块适于将在同步鉴相中获得的直流电平信号送至处理单元，同步参考信号还通过相位移动模块被输入至DDS模块。

步进纠偏量控制模块适于根据直流电平信号生成量子纠偏信号控制信号源的输出信号频率。

漂移运算处理模块适于在处理单元的控制下按照漂移运算处理模块中设置的要求值对VCXO输出的频率值进行主动调整。

处理单元的控制端分别连接到与运算模块、功率放大器、信号产生模块、DDS模块、步进纠偏量控制模块和漂移运算处理模块。

一种基于上述探测装置的系统闭环时间测量方法，逻辑门阵列为N个非门串接在一起，N为奇数，每个门电路的平均传输延迟时间为t；第三光电检测模块检测到的信号周期为T1，T1=2（Nt+△t），△t为系统闭环时间，△t=（T1-T0）/2。具体的，为完成相关的内容，新增了逻辑门阵列、高速Shutter即光隔离器。其中：逻辑门阵列由可编程逻辑芯片发生，其特征是：产生奇数级N个非门，其输入端接收来自于同步鉴相模块产生直流信号，其输出端反馈到光隔离器模块中的高速Shutter，用以控制其状态‘开’或‘关’。

当图3原理图开始工作时，假定此时刻光隔离器模块中的高速Shutter是‘开’状态，那么，自激光器发射的光通过高速Shutter后直接进入吸收泡中，在传统系统原理的作用下完成量子系统的量子鉴频并通过光电检测2获得相应的光检信号，由于该区功能是对微波信号进行了调频处理（70Hz），故获得的光检信号为一交流信号，它含有DDS电路中调制信号频率成分。此交流信号与信号产生模块生成同步参考信号在同步鉴相模块中完成传统系统原理中的同步鉴相功能，并获得一个直流电平信号。此直流电平送回处理单元以完成传统原子钟原理中的纠偏处理。另一方面同步鉴相完成信号被处理单元获得，并发送高电平‘1’至图4中的与运算模块，因为上时刻激光器发射的光经高速Shutter进入到吸收泡中，故此时刻经光电检测3获得的信号是高电平‘1’并送至与运算模块中，最终在与运算模块作用下获得高电平‘1’输出至门阵列，奇数级逻辑非门后变成低电平‘0’，作用于光隔离器模块中的高速Shutter，使其为‘关’状态。

依次循环，在逻辑门阵列的输出端会出现‘1’—‘0’—‘1’…‘0’的变化，通过处理单元对频率信号的检测，我们即可得出相应的系统闭环时间。

通过可编程逻辑芯片产生奇数个非门串接在一起，会产生自激振荡，该电路构成一个环形振荡器。设电路中非门的个数N为奇数，每个门电路的平均传输时延迟间为t，环形振荡器产生的振荡周期为T。假定某时刻A1点的初态为1，则经过1个传输延迟t后，A2点变为0，再经过1个传输延迟t，A3点变为1，…，奇数N个传输延迟Nt后，初态‘1’变为‘0’。同样的道理：初态‘0’变为‘1’。根据信号传输示意图4可以得到：

T0＝2Nt （1）

当上述环形振荡器串入图3所示的系统后，可得图5，在图5的频率信号检测端检测到的信号周期

T1=2(Nt+△t) （2）

其中，△t即为我们需要知道的系统闭环时间。通过公式（1）和（2），可推导得出：

△t=（T1-T0）/2 （3）

依照图3获得改进的伺服电路结构，以减小图2系统的探测范围。

VCXO压控晶体振荡器频率为ω（如80MHz）。DDS电路内含有DDS芯片（如AD9854），经压控晶体振荡器输出的80MHz频率信号作为AD9854的外部时钟参考，在处理单元的命令制控制下使DDS电路输出信号频率为57.34375 MHz，其频率转换系数B=57.34375MHz /80MHz≈0.7，其具体大小通过图4的设置功能入口发送至处理单元进行控制。把压控晶体振荡器输出的80MHz频率经过射频倍频模块的6倍次及微波倍频的7倍次获得3360MHz信号，其频率转换系数A=3360MHz/80MHz=42。再与综合输出的57.34375MHz信号进行混频，获得3417.34375MHz微波探询信号F，其理论大小与图3中吸收泡模块中的⁸⁷Rb原子基态超精细结构0-0跃迁的中心频率fo对应。

上述关系对应的计算公式为：F=ω*A-ω*B（式中单位为MHz），在现有的技术中，一旦图3装置设计完成后，其A、B的值是不会发生变化的，这样的话，要实现图3的原子能级跃迁频率fo的动态探测，传统的电路实现方法是：需要将微波产生信号F在激光驱动模块中对恒流源输出的直流电流进行调制作用于激光器工作，激光光束经过吸收泡模块后，经光电探测2获得相应的量子鉴频光电信号传送至伺服单元，再在图4信号产生电路输出的参考信号作用下，完成同步鉴相，再获得相应的量子纠偏信号作用于VCXO压控晶体振荡器，再使其输出的频率ω发生变化，以进一步使F发生变化，最终使F=fo动态平衡。在这里，我们注意到：由于A=42、B=0.7，所以当整个装置系统进入动态工作后，导致压控晶体振荡器输出频率ω发生变化，这样在公式F=ω*A-ω*B中，起主导作用的是倍、混频，而且会将ω的变化放大A=42倍后再作用于吸收泡模块，这无疑给整个探测精确大打折扣，其微波探询信号范围如图6中的△F_A所示。

我们在传统技术基础上进行了改进，如图3所示，我们在压振晶体振荡器与DDS电路之间增加了信号源模块，并且伺服模块进行了两路信号输出：即一路通过漂移运算处理给压振晶体振荡器；另一路经步进纠偏量控制模块给信号源。其具体的实施如下：

按照类似于前面传统技术方案实施原理，我们采用的方案如下：

压振晶体振荡器输出10MHz的固定频率信号ω1。与传统原理不同的是，这里的压控晶体振荡器不会受处理单元的传统量子纠偏电压输出影响，即理论上输出的频率是不变的。这是与传统技术不同的地方，但考虑到VCXO本身存在较大的漂移，所以处理单元需要通过漂移运算处理再作用于VCXO来补偿其自身的漂移量，具体方法在后续权利要求D中给出。

压振晶体振荡器输出的ω1=80MHz的固定频率信号经隔离放大器一路输送至信号源模块，用以作信号源的外部时钟基准，信号源在以压振晶体振荡器输出的80MHz的固定频率信号参考前提下，输出ω2频率信号至DDS电路完成ω2*B的生成，ω2的初始值与压振晶体振荡器输出的信号频率一致，即ω2=80MHz，因为是压振晶体振荡器作外部时基参考，故ω2拥有和压振晶体振荡器输出的ω1=80MHz频率一样的频率特性（如稳定度）。

处理单元输出量子纠偏信息控制信号源输出信号频率。参照传统闭环锁定工作原理，为实现原子能级的动态探测，在本专利中信号源输出信号频率ω2的大小受处理单元输出量子纠偏信息控制。

按照图2压振晶体振荡器输出的ω1=80MHz的固定频率信号经隔离放大器另一路输送至倍频模块，然后再与DDS电路产生的信号一起进入微波产生模块，最终获得探测用的微波信号F=ω1*A-ω2*B。

由上面的4点，我们可以注意到，最终的微波探询信号F=ω1*A-ω2*B由ω1、ω2、A、B组成，由于系统设计是，A由具体电路中的N次倍决定了、B由处理单元依照用户设置功能口获得，两者都是是固定的，且按照本专利的方案ω1亦是固定的，变化的只有ω2，由F=ω1*A-ω2*B式子，我们可以看出变化的项是ω2*B，而B的以值为0.7，很明显相对于传统技术方案：F的变化控制主要由ω*A（A=42），在ω2和ω能够在同一量级控制精度下，我们专利中的方案对F的变化控制将缩小42/0.7=60倍。这样就能减小F=ω*A-ω*B中A的贡献，理想状态下，可以实现整个微波探询信号F的精度由DDS电路模块中的频率转换系数B决定，这样就可以大大缩小原子能级跃迁动态探测的频率范围，如图6中△F_B所示。

本实施例还涉及到一种基于上述探测装置的调制频率与光强检测频率的控制方法，逻辑门阵列为N个非门串接在一起，N为奇数，每个门电路的平均传输延迟时间为t；第三光电检测模块检测到的信号周期为T1，T1=2（Nt+△t），△t为系统闭环时间，△t=（T1-T0）/2。在获得系统闭环时间△t和系统闭环频率W值后，光隔离器一直为‘开’状态，即激光光束在后续可以一直进入吸收泡内，并且处理单元通过第一光电检测模块获得激光的光强I并存储在处理单元中。

处理单元将使能信号产生模块生成频率为4W的两路同频同相信号，并分别送入同步鉴相模块以及经相位移动模块后进入DDS模块中，同时处理单元按照2W的频率对光电检测1获得的光电信号I1进行检测，并与存储的I值进行比较，若I1>I，则处理单元控制功率放大器使其输出的微波信号功率减弱；反之若I1<I，则处理单元控制功率放大器使其输出的微波信号功率增强，最终的实现I1动态稳定的效果。

本实施例还涉及到改进的量子纠偏模型。

1、相移，图7为传统同步鉴相时的波形（拟进行方波键控调频为例，对于不同的系统会存在不同的相位差），由于是产生的两路同频同相的信号，一路对微波信号进行了一个小调频经吸收泡量子鉴频作用后获得了与另一路同步信号X频率相同的交流光检信号Y或Y1或Y2，两者再进行同步鉴相获得量子纠偏信号。很明显，由于原子的驰豫时间及电路的相位差，导致伺服环路无法根据相应的同步参考信号X来真实采集量子鉴频作用后的交流光检信号Y或Y1或Y2在A点和B点的压差，而只能采集到C点的位置。

通过对系统闭环时间的测量及图4相位移动模块的处理，可以得到如图8改进后的伺服采集图。一方面伺服可以很精确地根据信号X中的D点分别采集对应信号Y或Y1或Y2中的A，B的压差信号；另一方面，通过测量系统闭环时间，我们可以知道A态到B态的物理制备稳定时间，那么伺服在进行量子纠偏时其具体的诸如采样时间、采样点数、单位时间（如10S）纠偏次数等电路参数可以很精确地进行设置。

2、固定纠偏量控制，在图8的基础上进行传统技术中的同步鉴相处理并获得相应的量子纠偏信号。传统基于图7和图8技术中获得量子纠偏电压的方法是通过采集A、B两点的电压值V_A、V_B，并且做V=V_A-V_B处理获得带符号的纠偏电压V值，当V为负值表示f<fo；V为正值表示f>fo，V=0表示f=fo，然后利用带固定伺服增益的负反馈的形式将带符号的纠集电压V值变换为纠偏信息作用于VCXO。很明显传统理论存在以下两点缺陷：1、假如图8中交流光检信号Y或Y1或Y2中的A或B出现幅值抖动，则获得的V值亦是抖动的；2、假如图8中交流光检信号Y或Y1或Y2出现整体信号幅度的升或缩，则获得的V值也会发生变化。无论上述两种情况任何一者出现，经固定伺服增益的负反馈作用后获得的纠偏信息将出现变化，这样必然会影响VCXO的正常输出。

本专利中的改进思路是：我们只处理纠偏电压V的符号，处理单元内部记录了信号源的压控斜率数据，并建立起“电压—频率”的关系，依此设置步进纠偏量控制模块中的固定电压值V。假如在某一时刻处理单元经步进纠偏量控制模块输送至信号源的电压值为V1，我们获得相应的纠偏电压V的符号为正（负），那么处理单元则按照设置的步进纠偏量控制模块V进行负（正）处理，即下一时刻处理单元经步进纠偏量控制模块输送至信号源的电压值为V12=V1-V（V2=V1+V）。由于一开始处理单元内部记录了信号源的压控斜率数据，并建立起“电压—频率”的关系，所以我们可以在信号源端获得相应的频率信号输出F1（对应于V1）、F2（对应于V2）。具体的目的是为了设定步进纠偏量控制模块中的固定电压值V，其实现的方法是：使系统下一时刻与前一时刻输出的信号频率变化率（F2/F1）处在1E-11至1E-12范围内。

按照上述思路方法很明显将获得以下两点改进：其一、无论图8中交流光检信号Y或Y1或Y2中的A或B出现幅值抖动，或是Y或Y1或Y2出现整体信号幅度的升或缩，由于改进的方法只量判断纠偏电压的符号，故不会受此影响；其二、改进的方法是通过固定的步进纠偏量控制模块中的电压值V来对信号源进行纠偏频率输出，故纠偏的效果是使输出的信号频率变化率（F2/F1）处在1E-11至1E-12范围内，是比较平顺的，不会出现传统技术方案实现的系统可能出现的大的跳点，更有利于诸如精确制导等要求苛刻的场合。

3、漂移补偿，在本专利方案中，选择老化漂移率较小的VCXO，例如：-1E-6/年，按一年365天换算得到:-2.7E-9/天。结合选用的VCXO老化漂移数据：-2.7E-9/天、以及VCXO的压控斜率值例如：1E-7/V，处理单元按照漂移运算处理模块中设置的要求值（例如进行以‘天’为时间值的补偿）对VCXO输出的频率值进行相应的主动调整，即以‘天’为单位给VCXO加上一个固定的修正值，如：27mV，则相应的引起VCXO输出频率增加1E-7/V×27mV=+2.7E-9，这样可以补偿VCXO因为老化漂移引起的频率变化影响，最终使VCXO输出的频率理论上不变。

本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种原子谱线探测装置，其特征在于：

包括恒流源模块、功率放大器、激光驱动模块、激光器、自稳频模块、光栅、分光片、光隔离器、控制模块和吸收泡；

所述恒流源模块为所述激光驱动模块提供恒定的直流电流，功率放大器的微波信号输出端连接到所述激光驱动模块的信号输入端，所述激光驱动模块将功率放大器输入的微波信号对恒流源输入的直流电流进行调制后驱动激光器工作，所述自稳频模块连接到激光器对激光器光输出进行稳定处理，所述吸收泡内含⁸⁷Rb，适于提供原子共振吸收线，所述控制模块为吸收泡提供恒温工作环境以及原子化裂用的磁场，所述激光器的光输出通过光栅、分光片和光隔离器后到达所述吸收泡；

包括伺服单元、第一光电检测模块、第二光电检测模块、第三光电检测模块、DDS模块、倍频器、微波产生模块、隔离放大器和VCXO模块；

所述分光片将所述光输出分出一路给第一光电检测模块， 所述光隔离器与吸收泡之间设置有第三光电检测模块，所述吸收泡的光射出端设有第二光电检测模块，所述第一光电检测模块、第二光电检测模块和第三光电检测模块分别用于检测光强并将检测结果发送给所述伺服单元；所述VCXO模块的信号输出到所述隔离放大器，所述隔离放大器的信号输出端分别连接到所述伺服单元、DDS模块和倍频器，所述DDS模块和倍频器的信号输出端分别连接到所述微波产生模块的信号输入端；

所述伺服模块适于在隔离放大器输出信号为外时钟参考的前提下分别进行：

i、接收第一光电检测模块的光检信号，处理后作用于功率放大器；

ii、接收第二光电检测模块的光检信号，处理后来控制VCXO模块以及DDS模块的输出频率；

iii、对光隔离器进行开关控制。

2.根据权利要求1所述基于激光器的原子谱线高精度探测装置，其特征在于：所述光隔离器为高速快门装置，适于对入射光进行通过或阻塞处理。

3.根据权利要求2所述基于激光器的原子谱线高精度探测装置，其特征在于：所述伺服单元包括逻辑门阵列、与运算模块、处理单元、同步鉴相模块、信号产生模块、相位移动模块、步进纠偏量控制模块、信号源和漂移运算处理模块；

所述第三光电检测模块的信号输出到所述与运算模块，所述与运算的信号输出端连接到所述逻辑门阵列，所述逻辑门阵列的控制端连接到所述光隔离器，所述逻辑门阵列的延迟信号还输出到所述处理单元；

所述第二光电检测模块的信号输出到所述同步鉴相模块，所述同步鉴相模块的信号输出到所述处理单元，所述隔离放大器和第一光电检测模块的信号输出到处理单元；

所述信号产生模块适于生成同步参考信号，所述同步参考信号送至所述同步鉴相模块，所述同步鉴相模块适于将在同步鉴相中获得的直流电平信号送至处理单元，所述同步参考信号还通过相位移动模块被输入至所述DDS模块；

所述步进纠偏量控制模块适于根据所述直流电平信号生成量子纠偏信号控制信号源的输出信号频率；

所述漂移运算处理模块适于在所述处理单元的控制下按照漂移运算处理模块中设置的要求值对VCXO输出的频率值进行主动调整；

所述处理单元的控制端分别连接到所述与运算模块、功率放大器、信号产生模块、DDS模块、步进纠偏量控制模块和漂移运算处理模块。

4.一种基于权利要求3中所述探测装置的系统闭环时间测量方法，其特征在于：所述逻辑门阵列为N个非门串接在一起，N为奇数，每个门电路的平均传输延迟时间为t；第三光电检测模块检测到的信号周期为T1，所述T1=2（Nt+△t），△t为系统闭环时间，△t=（T1-T0）/2。

5.一种基于权利要求3中所述探测装置的调制频率与光强检测频率的控制方法，其特征在于：所述逻辑门阵列为N个非门串接在一起，N为奇数，每个门电路的平均传输延迟时间为t；第三光电检测模块检测到的信号周期为T1，所述T1=2（Nt+△t），△t为系统闭环时间，△t=（T1-T0）/2；

在获得系统闭环时间△t和系统闭环频率W值后，所述光隔离器一直为‘开’状态，即激光光束在后续可以一直进入吸收泡内，并且处理单元通过第一光电检测模块获得激光的光强I并存储在处理单元中；

处理单元将使能信号产生模块生成频率为4W的两路同频同相信号，并分别送入同步鉴相模块以及经相位移动模块后进入DDS模块中，同时处理单元按照2W的频率对光电检测1获得的光电信号I1进行检测，并与存储的I值进行比较，若I1>I，则处理单元控制功率放大器使其输出的微波信号功率减弱；反之若I1<I，则处理单元控制功率放大器使其输出的微波信号功率增强，最终的实现I1动态稳定的效果。