CN110018631A - 应用法拉第激光抽运探测的铯原子微波频率标准及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用法拉第激光抽运的铯原子钟，包括法拉第激光器(1)真空腔体(2)，所述真空腔体(2)内设置铯原子炉与其下游设置微波腔(3)和光电探测器(6)，法拉第激光器包括镀增透膜的半导体激光管(9)、准直透镜(10)、法拉第原子滤光器、耦合镜(14)等。本发明采用基于铯原子气体法拉第滤光器实现的法拉第激光来抽运和探测，确保了铯原子钟的所用激光光源的频率绝对稳定性和稳频的简单化，不必对激光的波长或频率进行过于复杂的控制就可以长期连续工作，克服了国际性难题，在不同的温度和电流条件下都能确保输出激光频率的绝对长期稳定性和原子钟系统的长期稳定性。
Description
【技术领域】
本发明属于原子钟与微波原子频率标准技术领域，具体涉及应用特制的法拉第半导体激光来抽运和检测的铯原子微波频率标准及其实现方法。
【背景技术】
由于国际单位秒定义在铯原子基态能级间微波跃迁频率上，约半个世纪以来，铯原子束微波频率标准，或者叫铯束原子钟，得到关注和持续发展。一方面，这体现在磁选态微波铯原子束频率标准发展出成熟的国际性商品化产品，另一方面，随着半导体激光的出现与发展，几十年来，国际国内有许多单位努力开展利用激光抽运和检测的铯原子频率标准或铯原子钟的研究，发表了大量的学术文章，并有不少的相关发明专利被授权。
然而，很遗憾，激光抽运和检测的铯原子频率标准或铯原子钟，至今都没有成熟的国际性商品化产品。原因是，将半导体激光的波长或频率长期稳定工作在铯原子谱线上，是个国际性难题，尚未彻底解决。
迄今，国际国内所有的文章、专利中，利用激光抽运和检测实现的铯原子频率标准或铯原子钟设备中所利用的激光器，都是珐珀腔半导体激光器、光栅半导体激光器、DFB半导体激光器、以及DBR半导体激光器。所有这些珐珀腔半导体激光器、光栅半导体激光器、DFB半导体激光器、以及DBR半导体激光器，其工作波长、或对应的频率，对于温度和电流极其敏感，需要加以极端精密的控制才能适用在对应的铯原子谱线上，还不能排除常常会出现的漂移和跳模引起的频率失锁，以至于需要人工干预。而人工干预对于成熟的国际性商品化原子钟产品是不可接受的。
更加具体细致地说，工作在铯原子D1(894.6nm)或D2(852.3nm)谱线的半导体激光器的增益带宽达到数个nm宽甚至十几个nm宽的大范围。为了使得这种带宽如此宽的半导体激光器在激光抽运铯原子钟与频率标准中得到应用，必须应用内置光栅的DFB半导体激光器、DBR半导体激光器，或者通过光栅外腔半导体激光器，利用光栅反馈方向、激光器温度、或激光器电流的改变等技术来极端精细地调节半导体激光器的输出波长，使之能够与铯原子D1(894.6nm)或D2(852.3nm)谱线这种自然线宽仅仅约5MHz的谱线共振并锁定在此精密谱线上，并做到长期连续运行工作，这种要求极端苛刻。即使锁定在铯的精密谱线上之后，半导体激光器仍然会由于环境的振动、温度变化、激光电流的噪声波动等原因发生跳模、漂移、失锁，并且其工作频率的跳模、漂移和失锁以致离开铯原子谱线几个nm，最后导致没有人工的再次干预检查就无法自动重新将之锁定在铯谱线上，这对于作为成熟的国际性商品化原子钟产品、星载钟的应用等是个无法克服的限制，从而几十年以来一直是个国际性挑战难题。半导体激光器的这样严重的缺点给激光抽运检测铯原子钟带来极大的系统长期工作稳定性的隐患。尤其在用作成熟的国际性产品化原子钟商品、用作星载条件下的铯原子钟等无人干涉条件下时，必须彻底解决使半导体激光长期工作于铯原子跃迁精密谱线上的国际难题来实现铯原子钟。
【发明内容】
本发明的目的是克服激光抽运检测铯原子钟系统的不稳定性提供一种能够长期工作于铯原子跃迁精密谱线上的铯原子钟及铯原子频率标准，尤其是利用特殊的法拉第激光解决了对半导体激光器的苛刻要求。
本发明的思路是针对铯原子钟的不稳定性是由原子钟系统内的半导体激光器(特别是具有几个nm宽度增益带宽半导体激光器，如珐珀腔半导体激光器、光栅半导体激光器、DFB半导体激光器及DBR半导体激光器)跳模、漂移、失锁而造成的。因此，本发明采用法拉第激光对铯原子进行能级抽运和检测，并通过利用铯原子气室制作的法拉第原子滤光器使得法拉第激光器的工作频率范围在不同的温度和电流条件均被铯原子法拉第滤光器的通带限定在铯的多普勒效应展宽谱线上，从而确保在不同的温度和电流下，法拉第激光器的输出激光在激光谐振腔的腔长扫描的任何时刻都可以得到铯的谱线中的所有基态与激发态超精细结构对应的所有谱线的激光输出。
基于上述思路，本发明应用法拉第激光抽运探测的铯原子微波频率标准和铯原子钟，由于法拉第激光输出的波长及其对应的频率被限定在对应的铯原子多普勒吸收谱上，因此法拉第激光在不同的温度和电流条件下能够稳定铯原子的多普勒效应谱线上，从而稳定在超精细结构线上，极大地降低了对激光锁频技术的要求，从而确保了铯原子钟的系统总体稳定性。另一方面，本发明的所述的应用法拉第激光抽运探测的铯原子微波频率标准和铯原子钟，利用的是基于铯原子气室制作的法拉第滤光器作为选频的激光器，由于此法拉第激光器的基本原件是铯泡气室，铯泡气室简单可靠，因此能够保证对应的法拉第激光具有长期的激光功率强度稳定性。
基于此，本发明提供一种应用法拉第激光抽运的铯原子钟，所述铯原子钟包括法拉第激光器(1)，真空腔体(2)，所述真空腔体(2)内设置铯原子炉与下游设置微波腔(3)和光电探测器(6)，微波频率产生和控制电路(5)通过光电探测器(6)的信号对微波源(4)实现控制；
其中，所述法拉第激光器包括沿光路方向依序设置的镀增透膜的半导体激光管(9)、准直透镜(10)、法拉第原子滤光器、耦合镜(14)和压电陶瓷(15)；所述法拉第原子滤光器包括置于永久磁铁组(13)形成的磁场中铯气室(12)和设置在永久磁铁组(13)两侧的一对偏振方向呈90度互相垂直的正交格兰泰勒棱镜(11)，所述铯气室(12)内充有铯原子蒸汽，以及调整法拉第激光光路的激光反射镜(7)、铯原子精密谱信号及其探测器(8)；
所述法拉第激光器发出的激光利用铯原子精密谱探测器信号及其探测器(8)稳频，然后经激光反射镜(7)反射，对铯原子炉(2)发出的准直铯原子束进行激光抽运，将铯原子抽运到F＝3态；铯原子经过微波腔(3)后，所述法拉第激光器发出的激光被铯原子精密谱信号及其探测器(8)稳频后经激光反射镜(7)反射对铯原子进行检测，通过光电探测器(6)获得铯原子发出的荧光以测量铯原子在不同频率微波场作用下发生跃迁的几率，再通过微波频率产生和控制电路(5)控制微波源(4)输出，将微波的频率锁定在铯原子在F＝4、mF＝0和F＝3、mF＝0两个能级之间产生钟跃迁的频率上。
在本发明中，法拉第激光器发出的激光是铯原子D1谱线的894nm法拉第激光、铯原子D2谱线的852nm法拉第激光或铯原子第二激发态D1和D2谱线的459nm和455nm法拉第激光。
可选地，在本发明中，所述铯气室(12)的两侧玻璃端面镀增透膜。
根据一种优选的实施方式，用于抽运和检测的激光由同一组法拉第激光器实现，或通过两组激光器分别实现。对于采用两组激光器分别实现的实施方式，其包括第一法拉第激光器和第二法拉第激光器，所述第一法拉第激光器发出经激光反射镜(7)反射，对铯原子炉(2)发出的准直铯原子束进行激光抽运，将铯原子抽运到F＝3态；所述第二法拉第激光器发出的激光被铯原子精密谱信号及其探测器(8)稳频后经激光反射镜(7)反射对铯原子进行检测。
在本发明中，无论用于抽运和检测的激光由同一组法拉第激光器实现或者通过两组激光器分别实现，用于抽运和检测的激光频率可以相同或不同。它们均可采用铯原子D1谱线的894nm法拉第激光、铯原子D2谱线的852nm法拉第激光或铯原子第二激发态D1和D2谱线的459nm和455nm法拉第激光。
可选地，在本发明中，用于检测的激光经过移频。
通过类似的实施方式，还可以以铷原子炉替代铯原子炉(2)，且以铷其实替代铯气室(12)，获得铷原子钟。
根据另一种可选的实施方式，可以以一对起偏检偏镜替代一对偏振方向呈90度互相垂直的正交格兰泰勒棱镜(11)。
本发明还提供一种实现铯原子微波频率标准的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)在真空腔体内设置铯原子炉，通过铯原子炉获得准直铯原子束；
(2)通过法拉第激光器产生激光，通过反射使法拉第激光经过真空腔体的玻璃窗口入射至真空腔体内对铯原子束进行抽运，将铯原子抽运到量子数F＝4或F＝3能级上；
(3)经过法拉第激光抽运的铯原子在真空腔体内进入带C场和磁屏蔽的拉姆塞微波谐振腔，在受调制的微波作用下，铯原子在F＝4、mF＝0和F＝3、mF＝0两个能级之间产生跃迁；
(4)产生了跃迁的铯原子通过微波谐振腔后再次与法拉第激光相互作而发出荧光，所述荧光被光电探测器收集；
(5)光电探测器通过所收集的银光测量出铯原子在微波谐振腔内与微波相互作用所发生的跃迁几率，根据所述跃迁几率计算误差信号，所述误差信号反馈以调节微波谐振腔中的微波频率，最终将微波的频率锁定在铯原子在F＝4、mF＝0和F＝3、mF＝0两个能级之间产生钟跃迁的频率上，获得铯原子微波频率标准。
类似地，本发明还提供一种实现铷原子微波频率标准的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)在真空腔体内设置铷原子炉，通过铷原子炉获得准直铷原子束；
(2)通过法拉第激光器产生激光，通过反射使法拉第激光经过真空腔体的玻璃窗口入射至真空腔体内对铷原子束进行抽运，将铷原子抽运到量子数F＝2或F＝1能级上；
(3)经过法拉第激光抽运的铷原子在真空腔体内进入带C场和磁屏蔽的拉姆塞微波谐振腔，在受调制的微波作用下，铷原子在F＝2、mF＝0和F＝1、mF＝0两个能级之间产生跃迁；
(4)产生了跃迁的铷原子通过微波谐振腔后再次与法拉第激光相互作而发出荧光，所述荧光被光电探测器收集；
(5)光电探测器通过所收集的荧光测量出铷原子在微波谐振腔内与微波相互作用所发生的跃迁几率，根据所述跃迁几率计算误差信号，所述误差信号反馈以调节微波谐振腔中的微波频率，最终将微波的频率锁定在铷原子在F＝2、mF＝0和F＝1、mF＝0两个能级之间产生钟跃迁的频率上，获得铷原子微波频率标准。
对于法拉第激光抽运的铯原子钟，通过以上结构和方法，法拉第激光的输出波长被铯原子法拉第滤光器的通带限定，因此在不同的温度和电流条件下均能稳定工作在适当展宽的铯原子谱上。真空腔体中获得的准直铯原子束先被这种法拉第激光进行激光抽运，将分布在F＝4及F＝3态的铯原子抽运到F＝3态，然后通过分立场微波谐振腔，铯原子在微波谐振腔中与微波场相互作用，产生F＝3、mF＝0态和F＝4、mF＝0态之间的原子跃迁，然后再一次应用法拉第激光检测原子在微波场中发生跃迁的几率，并利用荧光探测到的原子在不同频率微波场作用下发生跃迁的几率来锁定馈进分立场腔的微波频率，输出稳定的频率标准，从而实现法拉第激光抽运探测的铯原子微波频率标准和铯原子钟。
本发明的铯原子微波频率标准和铯原子钟的特点包括：
一、在抽运和检测时所利用的激光是通过具有基于铯原子气室的法拉第原子滤光器和镀增透膜半导体激光管结合而成的法拉第激光器产生的，该激光器的输出波长被铯原子法拉第滤光器的通带限定，因此能够一直工作在适当展宽的铯原子谱上，因此对温度和电流噪声具有免疫功能，从而克服传统的光栅半导体激光器、DFB半导体激光器、以及DBR半导体激光器的跳模、漂移、失锁带来的国际性困难；
二、本发明的铯原子钟利用法拉第激光器，其输出波长被铯原子法拉第滤光器的通带所限定，即使在工作过程中频率稍有变化，其变化一定落在激光频率工作的铯的跃迁谱线展宽谱，因此能够容易通过简单的反馈和控制手段重新微调到设定的频率上。相对于传统的半导体激光抽运和检测的铯原子钟，长期地将半导体激光的频率锁定在所需的铯原子谱线上，以及频率失锁后快速地重新自动锁定在所需的频率上，几十年来一直是个非常具有挑战性的国际困难。
本发明采用基于铯原子气体法拉第滤光器实现的法拉第激光来抽运和探测，确保了铯原子钟的所用激光光源的频率绝对稳定性和稳频的简单化，不必对激光的波长或频率进行过于复杂的控制就可以长期连续工作，克服了国际性难题，在不同的温度和电流条件下都能确保输出激光频率的绝对长期稳定性和原子钟系统的长期稳定性。
【附图说明】
图1为基于铯原子气室的法拉第原子滤光器的透射特性示意图；
图2为法拉第激光器输出波长随电流变化特性示意图；
图3为实施例1的铯原子钟结构示意图；
图4为实施例2的铯原子钟结构示意图；
其中，1－法拉第激光器；2－真空腔体；3－铯原子炉与下游的分离场微波谐振腔；4－微波源；5－微波频率产生和控制电路；6－光电探测器；7－激光反射镜；8－铯原子精密谱信号及其探测器；9—半导体激光管；10－准直透镜；11－一对偏振方向呈90度互相垂直的正交格兰泰勒棱镜；12－铯原子气室；13－永久磁铁组；14－耦合镜；15－压电陶瓷。
【具体实施方式】
实施例1
如图3所示的铯原子钟，包括法拉第激光器1，置于真空腔体2内的铯原子炉与下游的分离场微波谐振腔3和用于检测荧光的光电探测器6，微波源4、微波频率产生和控制电路5与光电探测器6相连。
在真空腔体2内由铯原子炉与下游的微波腔3经过加热炉而喷射出准直铯原子束，这些铯原子均匀分布于基态F＝3和F＝4能级，被法拉第激光的抽运到F＝4能级上。这些铯原子飞过分离场微波谐振腔后与检测激光相互作用而发射出荧光，所发出的荧光被光电探测器6检测。光电探测器6以此为反馈信息，通过微波频率产生和控制电路5稳定微波源4的微波频率。
抽运激光和检测激光是由图3下部所示的法拉第激光器1产生的。该法拉第激光器包括由铯气室12、构成磁场的位于铯气室12两侧的永久磁铁组13和两端加上偏振方向正交的一对偏振方向呈90度互相垂直的正交格兰泰勒棱镜11组成的法拉第原子滤光器，通过该法拉第原子滤光器对镀了增透膜的增益带宽覆盖原子跃迁线的半导体激光管9进行选频，选频之后在法拉第激光谐振腔带有可控压电陶瓷15的耦合镜14的反馈作用下，形成波长或频率完全和铯原子跃迁谱线对应频率的激光输出，即法拉第激光。
所用法拉第激光的输出的波长及其对应的频率被铯原子法拉第滤光器的通带限定在适当展宽的铯原子谱上，因此该法拉第激光在不同的温度和电流条件下能够稳定在铯原子的多普勒效应展宽谱线上，如图2所示。
本领域技术人也可根据连接在耦合镜14上的压电陶瓷15来调节激光谐振腔的腔长来稳频。在激光谐振腔的反馈作用下，波长在铯谱线上的法拉第激光输出由铯原子精细谱信号及其探测器8反馈到激光管9进一步稳频，经过反射镜7射入真空腔体2内，分别对铯原子束进行抽运和探测。
本实施例的铯原子钟的运行包括：
(1)在真空腔体内，金属铯原子在铯原子炉内被加热到约100℃以形成铯金属蒸气，从具有准直作用的炉口以原子束的形式喷射出来后，法拉第激光器产生的激光从真空腔体玻璃窗口入射，对铯原子进行抽运，将铯原子几乎全部抽运到量子数F＝4或F＝3的基态超精细结构能级上；
(2)法拉第激光光束对铯原子抽运后，在真空腔体内，铯原子继续前行进入带C场和磁屏蔽的拉姆塞微波谐振腔。在与铯原子基态两个能级共振的频率为9192631770赫兹的受调制的微波作用下，铯原子在F＝4、mF＝0和F＝3、mF＝0两个能级之间产生跃迁。铯原子在F＝4、mF＝0和F＝3、mF＝0两个能级之间产生跃迁的跃迁几率与馈入微波腔的频率和原子跃迁频率相差多少相关，即，可通过改变微波腔的微波频率实现跃迁几率的调整；
(3)铯原子在真空腔体内继续前行，通过微波谐振腔后，再次利用法拉第激光与铯原子进行相互作用，相互作用后发射荧光，这些被荧光探测器收集。法拉第激光探测的目的是利用法拉第激光与铯原子作用发射的荧光来测量出铯原子在微波腔内与微波相互作用所发生的跃迁几率。将检测到的误差信号反馈去调节微波的频率，最后将微波的频率锁定在铯原子在F＝4、mF＝0和F＝3、mF＝0两个能级之间产生钟跃迁的频率上，最后形成应用法拉第激光抽运探测的铯原子微波频率标准和铯原子钟。
在本实施例中，抽运激光和检测激光是色原子D2谱线的852nm法拉第激光。本领域技术人员也可以利用D1谱线的894nm法拉第激光来实现抽运和检测的功能，或利用铯原子第二激发态D1和D2谱线的459nm和455nm法拉第激光来实现抽运和检测的功能。
图1是本实施例的法拉第原子滤光器的透射特性图。其中透射谱峰对应的是基态6s2S1/2到激发态6p2P3/2的跃迁谱线。将与计划所需的透射特性的法拉第滤光器和镀增透膜的半导体管集成构造法拉第激光器，产生抽运激光和探测激光。
以本实施例1的铯原子852nm工作的法拉第激光作为抽运和检测激光为例。运行时，铯汽室中充有铯原子蒸汽，汽室的两个玻璃端面可以镀上增透膜来减低光损耗。此铯原子蒸汽汽室放置在磁场中，两端加上偏振正交的格兰泰勒棱镜11(或以起偏检偏片替代)，实现法拉第滤光器的选频功能，并利用法拉第滤光器滤光后的852.3nm处的从镀增透膜的半导体管出射的光经腔镜反馈形成法拉第激光器输出光源，作为后级需要的铯原子束的抽运和探测。
通过调整加载在铯气室上的磁场大小、铯气室的长度、温度以调节法拉第原子滤光器的透射峰频率域上的位置以及透射峰的高低大小。通常，铯原子气室的长度调节范围为0.1mm-15cm，铯原子气室的温度调节范围为10摄氏度到250摄氏度，铯原子气室上加载的磁场大小调节范围为50高斯到5500高斯。法拉第原子滤光器的透射峰透过率大小调节范围为5％到99.8％。
在法拉第激光的激光谐振腔的反馈下形成852nm波长附近的铯谱线完全对应的激光输出，通过激光谐振腔腔长的调节将激光频率稳定在铯原子精密谱谱线中的6s2S1/2,F＝4(或3)能级到6p2P3/2,F'＝3(或4)能级对应的频率上。
稳定频率后的激光一部分经过反射镜反射，用于抽运在真空腔体内热原子炉喷射出来的铯原子，这些原来是均匀分布于基态F＝3和F＝4能级的铯原子在激光抽运作用下被抽运到F＝3(或4)能级上。
另一部分激光直接或者移频后用于检测飞过带C场和磁屏蔽的微波腔之后的原子，原子与检测激光相互作用时发射的荧光被收集后经光电管探测到后用于稳定馈入微波腔的微波频率。
实施例2
与实施例1类似构成，区别在于通过两组法拉第激光器分别产生抽运激光和检测激光，分别通过反射镜反射入真空腔体内。
由于采用两组独立的法拉第激光器，因此用于抽运和检测的法拉第激光的频率可以相同或不同。比如抽运激光的频率锁定在D2谱线中的6s2S1/2,F＝4能级到6p2P3/2,F'＝4能级对应的频率上，而用于检测的是另一个铯原子精细谱稳频的法拉第激光器，但频率是稳定在D2谱线中的6s2S1/2,F＝4能级到6p2P3/2,F'＝5能级对应的频率上。
通过法拉第激光器，其输出波长被铯原子法拉第滤光器的通带所限定，因此具备极高的稳定性，能够长期地将半导体激光的频率锁定在所需的铯原子谱线上。
需要指出，实施本发明的铯原子微波频率标准和铯原子钟，也可以将抽运和检测的法拉第激光稳定在其他谱线上。
此外，本发明可应用的介质是激光冷却的原子束，火激光冷却上抛的原子团，即喷泉型的原子钟和喷泉型原子频率标准，也可以用于用激光冷却和囚禁的原子介质如磁光陷阱和积分球中的原子介质，并可用于带有脉冲式激光和微波探测的微波频率标准和原子钟。
此外，本发明通过碱金属气室实现的法拉第激光来实现激光抽运和检测的碱金属原子束型原子钟不只适用于一种碱金属气体原子铯，而适用于锂、钠、钾、铷、铯等碱金属气体原子。
Claims (10)
1.应用法拉第激光抽运的铯原子钟，所述铯原子钟包括法拉第激光器(1)真空腔体(2)，所述真空腔体(2)内设置铯原子炉与其下游设置微波腔(3)和光电探测器(6)，微波频率产生和控制电路(5)通过光电探测器(6)的信号对微波源(4)实现控制；
其特征在于所述法拉第激光器包括沿光路方向依序设置的镀增透膜的半导体激光管(9)、准直透镜(10)、法拉第原子滤光器、耦合镜(14)和压电陶瓷(15)；所述法拉第原子滤光器包括置于永久磁铁组(13)形成的磁场中铯气室(12)和设置在永久磁铁组(13)两侧的一对偏振方向呈90度互相垂直的正交格兰泰勒棱镜(11)，所述铯气室(12)内充有铯原子蒸汽，以及调整法拉第激光光路的激光反射镜(7)、铯原子精密谱信号及其探测器(8)；
所述法拉第激光器发出的激光被铯原子精密谱信号及其探测器(8)稳频，然后经激光反射镜(7)反射，对铯原子炉(2)发出的准直铯原子束进行激光抽运，将铯原子抽运到F＝3态；铯原子经过微波腔(3)后，所述法拉第激光器发出的激光被铯原子精密谱信号及其探测器(8)稳频后经激光反射镜(7)反射对铯原子进行检测，通过光电探测器(6)获得铯原子发出的荧光以测量铯原子在不同频率微波场作用下发生跃迁的几率，再通过微波频率产生和控制电路(5)控制微波源(4)输出，将微波的频率锁定在铯原子在F＝4、mF＝0和F＝3、mF＝0两个能级之间产生钟跃迁的频率上。
2.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于法拉第激光器发出的激光是铯原子D1谱线的894nm法拉第激光、铯原子D2谱线的852nm法拉第激光或铯原子第二激发态D1和D2谱线的459nm和455nm法拉第激光。
3.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于所述铯气室(12)的两侧玻璃端面镀增透膜。
4.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于所述法拉第激光器包括第一法拉第激光器和第二法拉第激光器，所述第一法拉第激光器发出经激光反射镜(7)反射，对铯原子炉(2)发出的准直铯原子束进行激光抽运，将铯原子抽运到F＝3态；所述第二法拉第激光器发出的激光被铯原子精密谱信号及其探测器(8)稳频后经激光反射镜(7)反射对铯原子进行检测。
5.根据权利要求4所述的铯原子钟，其特征在于第一法拉第激光器和第二法拉第激光器的激光频率相同或不同。
6.根据权利要求1或4所述的铯原子钟，其特征在于用于检测的激光经过移频。
7.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于以铷原子炉替代铯原子炉(2)，且以铷其实替代铯气室(12)。
8.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于以一对起偏检偏镜替代一对偏振方向呈90度互相垂直的正交格兰泰勒棱镜(11)。
9.一种实现铯原子微波频率标准的方法，其特征在于所述方案包括以下步骤：
(1)在真空腔体内设置铯原子炉，通过铯原子炉获得准直铯原子束；
(2)通过法拉第激光器产生激光，通过反射使法拉第激光经过真空腔体的玻璃窗口入射至真空腔体内对铯原子束进行抽运，将铯原子抽运到量子数F＝4或F＝3能级上；
(3)经过法拉第激光抽运的铯原子在真空腔体内进入带C场和磁屏蔽的拉姆塞微波谐振腔，在受调制的微波作用下，铯原子在F＝4、mF＝0和F＝3、mF＝0两个能级之间产生跃迁；
(4)产生了跃迁的铯原子通过微波谐振腔后再次与法拉第激光相互作而发出荧光，所述荧光被光电探测器收集；
(5)光电探测器通过所收集的银光测量出铯原子在微波谐振腔内与微波相互作用所发生的跃迁几率，根据所述月跃迁几率计算误差信号，所述误差信号反馈以调节微波谐振腔中的微波频率，最终将微波的频率锁定在铯原子在F＝4、mF＝0和F＝3、mF＝0两个能级之间产生钟跃迁的频率上，获得铯原子微波频率标准。
10.一种实现铷原子微波频率标准的方法，其特征在于所述方案包括以下步骤：
(1)在真空腔体内设置铷原子炉，通过铷原子炉获得准直铷原子束；
(2)通过法拉第激光器产生激光，通过反射使法拉第激光经过真空腔体的玻璃窗口入射至真空腔体内对铷原子束进行抽运，将铷原子抽运到量子数F＝4或F＝3能级上；
(3)经过法拉第激光抽运的铷原子在真空腔体内进入带C场和磁屏蔽的拉姆塞微波谐振腔，在受调制的微波作用下，铷原子在F＝2、mF＝0和F＝2、mF＝0两个能级之间产生跃迁；
(4)产生了跃迁的铷原子通过微波谐振腔后再次与法拉第激光相互作而发出荧光，所述荧光被光电探测器收集；
(5)光电探测器通过所收集的荧光测量出铷原子在微波谐振腔内与微波相互作用所发生的跃迁几率，根据所述跃迁几率计算误差信号，所述误差信号反馈以调节微波谐振腔中的微波频率，最终将微波的频率锁定在铷原子在F＝2、mF＝0和F＝1、mF＝0两个能级之间产生钟跃迁的频率上，获得铷原子微波频率标准。
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