一种CPT原子钟的制作方法

本申请涉及原子频标领域，特别是涉及一种cpt原子钟。

背景技术：

1、相干布居囚禁(coherent population trapping，cpt)是利用激光与原子相互作用所产生的一种量子干涉现象，cpt原子钟是基于该现象而实现的一种新型原子频标，广泛应用于各类时频系统中。产生相干布居囚禁现象需要其中两个边带激发，一般使用+1级边带与-1级边带、0级边带与+1级边带(或者0级边带与-1级边带)等两种方式激发，两种激发方式分别称为全宽调制激发和半宽调制激发。目前，cpt原子钟的物理结构主要包括：垂直表面腔发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，vcsel)、衰减片、四分之一波长波片(1/4λ波片)、原子气室组件、光电探测器、锁频电路。

2、但是，目前采用衰减片的方案，无论是半宽调制还是全宽调制激发方式，基频(0级)和±1级中至少有一个频率的激光不参与cpt效应，未参与原子反应的激光边带成为误差信号噪底，从而导致光频移现象，该现象是导致cpt误差信号信噪比恶化的主要因素。因此，当前相位调制中产生的高阶边带会导致cpt原子钟鉴频信号信噪比过低的现象。

3、由此可见，如何克服相位调制中产生的高阶边带导致cpt原子钟鉴频信号信噪比过低的现象，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种cpt原子钟，以克服相位调制中产生的高阶边带导致cpt原子钟鉴频信号信噪比过低的现象。

2、为解决上述技术问题，本申请提供一种cpt原子钟，包括：vcsel、1/4λ波片、透镜、光学腔；其中，所述vcsel用于产生所述cpt原子钟光抽运所需的激光；

3、所述透镜和所述光学腔设置于所述vcsel和所述1/4λ波片之间；所述透镜设置于靠近所述vcsel的一侧，所述透镜用于将vcsel射出的发散光汇聚为高斯光；

4、所述光学腔设置于靠近所述1/4λ波片的一侧；所述光学腔的腔体的内表面包括反射镜，用于调节激光信号中不同频率的幅度以消除不参与cpt效应的激光的噪声。

5、优选地，所述光学腔的设计参数为根据所述cpt原子钟的激光频率和/或微波频率进行调节。

6、优选地，所述设计参数包括以下至少一项：所述反射镜的反射率、所述反射镜的曲率半径、所述光学腔的腔长。

7、优选地，所述1/4λ波片在工作时与激光的夹角为45°。

8、优选地，所述反射镜为一对平凹镜。

9、优选地，还包括：根据所述设计参数调节所述vcsel射出的激光的腰斑位置及腰斑半径以使所述vcsel射出的激光与所述光学腔的腰斑位置及腰斑半径一致。

10、优选地，通过调节所述透镜的焦距以调节激光的腰斑位置及腰斑半径。

11、优选地，所述光学腔的腔线宽大于发生cpt效应的两激光的频差，小于两倍的所述频差。

12、优选地，还包括：控制所述vcsel根据锁频信号对输出的激光进行实时纠频以实现激光频率稳定。

13、优选地，所述光学腔为法布里-珀罗腔。

14、本申请所提供的cpt原子钟，包括vcsel、1/4λ波片、透镜、光学腔。其中，vcsel用于产生cpt原子钟光抽运所需的激光；透镜和光学腔设置于vcsel和1/4λ波片之间；透镜设置于靠近vcsel的一侧，透镜用于将vcsel射出的激光汇聚为高斯光；光学腔设置于靠近1/4λ波片的一侧；光学腔的腔镜的内表面包括反射镜，用于调节激光信号中不同频率的幅度以消除高阶边带。即光学腔的反射镜可用于调节光信号中不同频率的幅度，消除高阶边带，同时将载波和+1阶(或-1阶)边带衰减至相同幅度，用于和碱性原子相互作用发生相干布居囚禁效应。本申请所提供的方案，使用透镜和光学腔代替目前方案中的衰减片，能够实现cpt原子钟中多边带调制光的特定频率滤波效果，提高鉴频信号的信噪比，具备体积小、功耗低、信噪比高的优点。

技术特征：

1.一种cpt原子钟，包括：vcsel、1/4λ波片；其特征在于，还包括：透镜、光学腔；其中，所述vcsel用于产生所述cpt原子钟光抽运所需的激光；

2.根据权利要求1所述的cpt原子钟，其特征在于，所述光学腔的设计参数为根据所述cpt原子钟的激光频率和/或微波频率进行调节。

3.根据权利要求1所述的cpt原子钟，其特征在于，所述设计参数包括以下至少一项：所述反射镜的反射率、所述反射镜的曲率半径、所述光学腔的腔长。

4.根据权利要求1所述的cpt原子钟，其特征在于，所述1/4λ波片在工作时与激光的夹角为45°。

5.根据权利要求1所述的cpt原子钟，其特征在于，所述反射镜为一对平凹镜。

6.根据权利要求5所述的cpt原子钟，其特征在于，还包括：根据所述设计参数调节所述vcsel射出的激光的腰斑位置及腰斑半径以使所述vcsel射出的激光与所述光学腔的腰斑位置及腰斑半径一致。

7.根据权利要求6所述的cpt原子钟，其特征在于，通过调节所述透镜的焦距以调节激光的腰斑位置及腰斑半径。

8.根据权利要求1所述的cpt原子钟，其特征在于，所述光学腔的腔线宽大于发生cpt效应的两激光的频差，小于两倍的所述频差。

9.根据权利要求1所述的cpt原子钟，其特征在于，还包括：控制所述vcsel根据锁频信号对输出的激光进行实时纠频以实现激光频率稳定。

10.根据权利要求1所述的cpt原子钟，其特征在于，所述光学腔为法布里-珀罗腔。

技术总结
本申请公开了一种CPT原子钟，应用于原子频标领域。该CPT原子钟包括VCSEL、1/4λ波片、透镜、光学腔，其中，VCSEL用于产生CPT原子钟光抽运所需的激光；透镜和光学腔设置于VCSEL和1/4λ波片之间；透镜设置于靠近VCSEL的一侧，透镜用于将VCSEL射出的激光汇聚为高斯光；光学腔设置于靠近1/4λ波片的一侧；光学腔的腔镜的内表面包括反射镜，用于调节激光信号中不同频率的幅度以消除高阶边带。即光学腔的反射镜可用于调节光信号中不同频率的幅度，消除高阶边带，同时将载波和+1阶(或‑1阶)边带衰减至相同幅度，用于和碱性原子相互作用发生相干布居囚禁效应，本方案能够提高鉴频信号的信噪比。

技术研发人员：许文,田永和,曹辉,赵妍,刘长羽,管晓权,叶泂涛
受保护的技术使用者：浙江赛思电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13