CN203119876U

CN203119876U - 一种光频移优化装置

Info

Publication number: CN203119876U
Application number: CN 201320063846
Authority: CN
Inventors: 雷海东
Original assignee: Jianghan University
Current assignee: Jianghan University
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2023-02-04

Abstract

本实用新型公开了一种光频移优化装置，属于铷原子频标领域。装置包括：方波脉冲源、三极管、二极管、第一线圈、第二线圈、第三线圈、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；第二线圈缠绕在铷原子频标中的光谱灯上。本实用新型通过该装置构成光谱灯的激励电路，三极管起开关作用，当方波脉冲源为高电平时，三极管导通，该激励电路导通，第二线圈产生高频场，激励光谱灯发光；当方波脉冲源为低电平时，三极管断开，第二线圈不工作，光谱灯熄灭；这样，减少了抽运光照射时间，减少了光频移；并且，减少了光谱灯的工作时间，延长了光谱灯的寿命。

Description

一种光频移优化装置

技术领域

本实用新型涉及铷原子频标领域，特别涉及一种光频移优化装置。

背景技术

典型的铷原子频标的物理系统主要由光谱灯和微波腔泡系统组成。光谱灯用于提供一个稳定的抽运光源，该抽运光源照射微波腔泡系统中的⁸⁷Rb，将⁸⁷Rb抽运到基态的F=2能级以实现粒子数的反转。其中，光谱灯包括灯泡和激励电路。灯泡中充有铷和启辉气体，激励电路产生高频场。灯泡中铷在高频场激励下发出抽运光。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

铷原子频标在长期工作时，激励电路持续产生高频场以激励光谱灯维持发光，而抽运光将使得⁸⁷Rb原子跃迁频率产生移动，即导致光频移，影响铷原子频标的稳定性。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种光频移优化装置。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种光频移优化装置，所述装置包括：方波脉冲源、三极管、二极管、第一线圈、第二线圈、第三线圈、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；

所述三极管的集电极与所述第一电阻的第一端之间的连接点接所述方波脉冲源；

所述三极管的基极与所述第一线圈的第一端连接，所述第一线圈的第二端分别与所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述二极管的正极连接；

所述三极管的基极与所述第一线圈的第一端之间的连接点接所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端与所述第二线圈的第一端连接，所述第二线圈的第二端与所述第三电容的第一端连接；所述三极管的发射极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三线圈的第一端连接，所述第四电容的第一端连在所述三极管的基极与所述第一线圈的第一端之间的连接点，所述第四电容的第二端连在所述三极管的发射极与所述第三电阻的第一端之间的连接点；

所述二极管的负极与所述第一电容的第二端之间的连接点、和所述第三电容的第二端与所述第三线圈的第二端之间的连接点连接，所述二极管的负极与所述第一电容的第二端之间的连接点、以及所述第三电容的第二端与所述第三线圈的第二端之间的连接点接地；

所述第二线圈缠绕在铷原子频标中的光谱灯上。

进一步地，所述装置还包括第五电容，所述第五电容的第一端分别与所述方波脉冲源、以及所述三极管的集电极与所述第一电阻的第一端之间的连接点连接，所述第五电容的第二端接地。

其中，所述装置还包括滤光片，所述滤光片位于铷原子频标中的光谱灯和微波腔之间。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过方波脉冲源、三极管、二极管、第一线圈、第二线圈、第三线圈、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容构成光谱灯的激励电路，三极管起开关作用，当方波脉冲源为高电平时，三极管导通，该激励电路导通，第二线圈产生高频场，激励光谱灯发光；当方波脉冲源为低电平时，三极管断开，第二线圈不工作，光谱灯熄灭；这样，减少了抽运光照射时间，减少了光频移；并且，减少了光谱灯的工作时间，延长了光谱灯的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种光频移优化装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的滤光片与光谱灯的相对位置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本实施例提供了一种光频移优化装置，参见图1，该装置包括方波脉冲源（图中未示出）、三极管Q、二极管D、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4。

其中，三极管Q的集电极与第一电阻R1的第一端之间的连接点a接方波脉冲源，三极管Q的基极与第一线圈L1的第一端连接。第一线圈L1的第二端分别与第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端和第一电容C1的第一端连接。第二电阻R2的第二端与二极管D的正极连接。

三极管Q的基极与第一线圈L1的第一端之间的连接点b接第二电容C2的第一端。第二电容C2的第二端与第二线圈L2的第一端连接。第二线圈L2的第二端与第三电容C3的第一端连接。

三极管Q的发射极与第三电阻R3的第一端连接。第三电阻R3的第二端与第三线圈L3的第一端连接。第四电容C4的第一端连在三极管Q的基极与第一线圈L1的第一端之间的连接点b，第四电容C4的第二端连在三极管Q的发射极与第三电阻R3的第一端之间的连接点c。

二极管D的负极与第一电容C1的第二端之间的连接点d、和第三电容C3的第二端与第三线圈L3的第二端之间的连接点e连接。并且，二极管D的负极与第一电容C1的第二端之间的连接点d、以及第三电容C3的第二端与第三线圈L3的第二端之间的连接点e接GND（Ground，地）。第二线圈L2缠绕在铷原子频标中的光谱灯1（图1中未示出）上。

具体地，方波脉冲源、三极管Q、二极管D、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4构成光谱灯的激励电路。三极管Q起开关作用。当方波脉冲源为高电平时，三极管Q导通，该激励电路导通，第二线圈L2产生高频场，激励光谱灯1发光。这时，铷原子频标的物理系统完成量子鉴频，铷原子频标的电路系统通过微处理器进行取样光检测，完成光检测，得到量子纠偏信号。当方波脉冲源为低电平时，三极管Q断开，第二线圈L2不工作，光谱灯1熄灭。这时，将量子纠偏信息传递给微波探询信号产生电路，完成整机的伺服。这样，减少了抽运光照射时间，减少了光频移。并且，减少了光谱灯1的工作时间，延长了光谱灯1的寿命。

进一步地，该光谱灯激励电路还包括第五电容C5。该第五电容C5的第一端分别与方波脉冲源和三极管Q的集电极与第一电阻R1的第一端之间的连接点a连接。该第五电容C5的第二端接GND。具体地，第五电容C5对整个激励电路起保护作用。

其中，参见图2，该装置还包括滤光片2。该滤光片2位于铷原子频标中的光谱灯1和微波腔3之间。

公知地，光谱轮廓的变化将产生光频移：

首先，抽运光对⁸⁷Rb基态的能级移动的公式如下：

其中，

是普朗克常数，P是电偶极矩算符，E是光电场的复振幅，|<i|和|α>|分别为基态和激发态能级，1/γ是|α>|的寿命，ω为抽运光频率，ω_ai为跃迁频率，E_α和E_i分别为激发态和基态能级的能量。

其次，当⁸⁷Rb原子基态的能级移动时，⁸⁷Rb原子跃迁频率将产生移动，即光频移。光频移和能级移动有以下关系：

由（1）～（3）式可知，光频移与抽运光的光强和光谱轮廓相关。理论上，抽运光为单色光且ω=ω_ai，那么在光强一定的情况下，抽运光不会引起光频移。但是，在铷原子频标的实际应用中，抽运光并不是单色光，而是具有一定线宽和线型函数的多条光谱线的叠加。这样，抽运光光谱线型函数范围内有一部分频率分量产生正光频移(ω<ω_ai)，另一部分频率分量产生负光频移（ω>ω_ai）。

结合上述光频移与光谱轮廓的关系，采用滤光片2过滤抽运光中的超精细成分，能够减少抽运光中光谱线，使抽运光的光谱轮廓尽量保持不变，从而消除光频移。优选地，该滤光片2为磁性滤光片。

具体地，微波腔3为微波腔泡系统的组成之一，微波腔3中充满⁸⁷Rb，并提供⁸⁷Rb产生原子跃迁的微波场。微波腔3上设有通光孔。再次参见图2，铷原子频标设置有透镜4，该透镜4位于光谱灯1和微波腔3之间。抽运光从透镜4透射出后，穿过微波腔泡系统中微波腔3上的通光孔，照射微波腔中⁸⁷Rb。此为本领域熟知技术，在此不再详述。进一步地，该滤光片2位于透镜4和微波腔3之间。

本实用新型实施例提供的上述装置带来的有益效果是：通过方波脉冲源、三极管、二极管、第一线圈、第二线圈、第三线圈、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容构成光谱灯的激励电路，三极管起开关作用，当方波脉冲源为高电平时，三极管导通，该激励电路导通，第二线圈产生高频场，激励光谱灯发光；当方波脉冲源为低电平时，三极管断开，第二线圈不工作，光谱灯熄灭；这样，减少了抽运光照射时间，减少了光频移；并且，减少了光谱灯的工作时间，延长了光谱灯的寿命。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种光频移优化装置，其特征在于，所述装置包括方波脉冲源、三极管、二极管、第一线圈、第二线圈、第三线圈、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；

所述第二线圈缠绕在铷原子频标中的光谱灯上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第五电容，所述第五电容的第一端分别与所述方波脉冲源、以及所述三极管的集电极与所述第一电阻的第一端之间的连接点连接，所述第五电容的第二端接地。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括滤光片，所述滤光片位于铷原子频标中的光谱灯和微波腔之间。