CN203164286U - 一种用于铷原子频标的线宽测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于铷原子频标的线宽测量装置，属于铷原子频标领域。装置包括：用于输出扫频电压至压控晶体振荡器，以使压控晶体振荡器输出频率变化的信号的扫频控制模块；用于采集相敏检波模块输出的压控信号的采集模块；以及，用于记录扫频控制模块输出的扫频电压的电压点和采集模块采集的压控信号，并根据电压点与压控信号之间的对应关系，计算出线宽的计算模块；扫频控制模块分别与压控晶体振荡器和计算模块连接，采集模块分别与相敏检波模块和计算模块连接。本实用新型能简化测量装置，节约成本；能够记录扫频电压和压控信号，方便计算线宽，使测量方法变得简单。

Description

一种用于铷原子频标的线宽测量装置

技术领域

本实用新型涉及铷原子频标领域，特别涉及一种用于铷原子频标的线宽测量装置。

背景技术

铷原子频标能够提供高稳定度的时间频率标准。铷原子频标的输出频率的稳定度有以下表达式：

${\mathrm{\σ}}_y\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{0.11}{Q(S/N)}\·\frac{1}{\text{\τ}}$

其中，Q为品质因数，S/N为铷原子频标中的量子系统的信噪比。一般地，Q值与量子系统的吸收线宽（下文简称线宽）相关。因此，为了评估铷原子频标的稳定度，需要对线宽进行测量。现有测量线宽的方法为，首先，改变扫频仪的输出频率作用于量子系统，使量子系统完成鉴频；然后，采用记录仪来记录铷原子频标中的光电检测环节输出的鉴频信号；最后，根据扫频仪的输出频率与记录仪记录的鉴频信号之间的对应关系，计算出线宽。

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：

现有测量线宽的方法需要扫频仪和记录仪两套设备，测量方法比较复杂。

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用于铷原子频标的线宽测量装置。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种用于铷原子频标的线宽测量装置，所述铷原子频标包括压控晶体振荡器、相敏检波模块和微处理器，所述装置包括：

用于输出扫频电压至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器输出频率变化的信号的扫频控制模块；用于采集所述相敏检波模块输出的压控信号的采集模块；以及，用于记录所述扫频控制模块输出的所述扫频电压的电压点和所述采集模块采集的所述压控信号，并根据所述电压点与所述压控信号之间的对应关系，计算出线宽的计算模块；所述扫频控制模块分别与所述压控晶体振荡器和所述计算模块连接，所述采集模块分别与所述相敏检波模块和所述计算模块连接。

其中，所述扫频控制模块、所述采集模块和所述计算模块集成在所述微处理器上。

其中，所述装置还包括用于显示所述计算模块计算出的线宽的显示模块，所述显示模块与所述计算模块连接。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过扫频控制模块输出扫频电压至所述压控晶体振荡器，采集模块采集所述相敏检波模块输出的压控信号；能简化测量装置，节约成本；计算模块记录输出的所述扫频电压的电压点和采集的所述压控信号，并计算出线宽；能够记录扫频电压和压控信号，方便计算线宽，使测量方法变得简单。

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是铷原子频标的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种用于铷原子频标的线宽测量装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的鉴频曲线的示意图。

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

为便于对本实用新型实施例提供的技术方案的理解，首先介绍一下铷原子频标的组成。参见图1，铷原子频标包括VCXO（Voltage Controlled X'talOscillator，压控晶体振荡器）10、量子系统11、光电池12和电子线路。其中，电子线路包括前置放大电路13、相敏检波模块14、微处理器15、数/模转换模块16、以及射频倍频电路17。铷原子频标在工作时，射频倍频电路17产生微波探询信号作用于量子系统11，量子系统11在微波探询信号的作用下进行量子鉴频，光电池12进行光电检测输出相应的鉴频信号，前置放大电路13对鉴频信号进行放大，相敏检波模块14对放大后的鉴频信号进行同步相位检测并产生压控信号，微处理器15将压控信号发送给数/模转换模块16进行数模转换，VCXO10在转换后的压控信号作用下输出频率至射频倍频电路17，依次循环，直到铷原子频标整机锁定，即微波探询信号的频率正好对准铷原子频标的中心频率。本实施例中描述的铷原子频标的工作原理同现有铷原子频标，在此不再详述。

基于上述内容，本实用新型实施例提供了一种用于铷原子频标的线宽测量装置。如图1所示，铷原子频标包括VCXO10、相敏检波模块14和微处理器15。参见图2，该线宽测量装置包括：

用于输出扫频电压至VCXO10，以使VCXO10输出频率变化的信号的扫频控制模块20；用于采集相敏检波模块14输出的压控信号的采集模块21；以及，用于记录扫频控制模块20输出的扫频电压的电压点和采集模块21采集的压控信号，并根据电压点与压控信号之间的对应关系，计算出线宽的计算模块22。

其中，扫频控制模块20分别与VCXO10和计算模块22连接，采集模块21分别与相敏检波模块14和计算模块22连接。

具体地，扫频控制模块20可以通过电压单向递增的方式输出扫频电压，该扫频电压被送至VCXO10。VCXO10在扫频电压作用下，将输出频率变化的信号至射频倍频电路17。射频倍频电路17对VCXO10的输出频率进行处理，产生微波探询信号并送至量子系统11。经过量子系统11的鉴频，光电池12检测到鉴频信号。相敏检波模块14对前置放大电路13放大后的鉴频信号进行处理后得到压控信号，并将该压控信号送入采集模块21。

具体地，计算模块22中预先存储有扫频电压与VCXO10输出频率之间的对应关系，该对应关系可以存储为列表。进一步地，计算模块22根据电压点与压控信号之间的对应关系，计算出线宽，具体为：

首先，计算模块22根据电压点与压控信号之间的对应关系，绘制铷原子频标的鉴频曲线。参见图3，绘制的鉴频曲线中，X轴为计算模块22记录的扫频电压对应的VCXO10的输出频率f；Y轴为计算模块22记录的压控信号的电压值V，这两者是一一对应的关系。然后，通过鉴频曲线和公式

计算线宽。其中，参见图3，δv为记录的压控信号的最小值V_L对应的扫频信号（f₁）与压控信号的最大值V_H对应的扫频信号（f₂）之间的差值。

考虑到在实际的铷原子频标中的电子线路中已经运用了现有数字化芯片技术，因此，可以利用铷原子频标体系内现有数字化伺服回路来完成线宽的测量。优选地，扫频控制模块20、采集模块21和计算模块22集成在微处理器15上。进一步地，扫频控制模块20输出的扫频电压可以通过数/模转换模块16进行数模转换后再送至VCXO10。这样，不必再重新设计电路，也不必在铷原子频标外围安装额外的设备，节约资源。

进一步地，该装置还包括用于显示计算模块22计算出的线宽的显示模块（图中未示出）。其中，该显示模块与计算模块22连接。

本实用新型实施例提供的上述装置带来的有益效果是：通过扫频控制模块输出扫频电压至压控晶体振荡器，采集模块采集相敏检波模块输出的压控信号；能简化测量装置，节约成本；计算模块记录输出的扫频电压的电压点和采集的压控信号，并计算出线宽；能够记录扫频电压和压控信号，方便计算线宽，使测量方法变得简单。

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 (3)

1.一种用于铷原子频标的线宽测量装置，所述铷原子频标包括压控晶体振荡器、相敏检波模块和微处理器，其特征在于，所述装置包括：

用于输出扫频电压至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器输出频率变化的信号的扫频控制模块；用于采集所述相敏检波模块输出的压控信号的采集模块；以及，用于记录所述扫频控制模块输出的所述扫频电压的电压点和所述采集模块采集的所述压控信号，并根据所述电压点与所述压控信号之间的对应关系，计算出线宽的计算模块；所述扫频控制模块分别与所述压控晶体振荡器和所述计算模块连接，所述采集模块分别与所述相敏检波模块和所述计算模块连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扫频控制模块、所述采集模块和所述计算模块集成在所述微处理器上。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于显示所述计算模块计算出的线宽的显示模块，所述显示模块与所述计算模块连接。

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