铯原子钟的制作方法

本申请涉及精密测量与时间频率标准，具体而言，涉及一种铯原子钟。

背景技术：

1、1950年ramsey发明了分离谐振腔的方法，该方法能够提供原子频率标准所需的极窄的谐振线宽。1955年英国国家物理实验室的essen和parry研制出第一台能够实用化的铯原子钟。1967年根据133cs原子基态中两个超精细能级间的跃迁频率9192631770hz对“秒”进行了定义。铯原子钟的“零”漂移、优异长期稳定度的特点成为了守时、授时中不可或缺的原子钟。几十年来，磁选态、光抽运及相干布居俘获(coherent population trapping，cpt)类型的铯原子钟得到了大力的发展，扩展了铯原子钟的种类、提升了部分指标。

2、但目前磁选态、光抽运及cpt类型的铯原子钟在中短期稳定度依然较差，比氢原子钟的中短期稳定度要差将近一个量级。如能在保证铯原子钟低漂移的优点不变的条件下，提升铯钟的中短期稳定度，将极大拓展铯原子钟的应用领域。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种铯原子钟，以解决现有技术中的铯原子钟在中短期稳定度比较差的问题。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种铯原子钟，包括：激光器、光抽运铯束管、倍频电路、误差探测伺服电路、稳频温控电路、拍频锁定电路、光梳、光电探测电路以及分频电路，其中，激光器，与光抽运铯束管连接，设置为生成光信号，并将生成的光信号输入光抽运铯束管；倍频电路，与光抽运铯束管连接，设置为产生第一微波信号，并将第一微波信号输入光抽运铯束管的u型微波腔；误差探测伺服电路，分别与光抽运铯束管、倍频电路以及稳频温控电路连接，设置为生成最大误差信号，并将最大误差信号分为两路信号分别输入倍频电路和稳频温控电路；光梳，分别与激光器连接，设置为利用激光器注入的光信号生成第二微波信号；拍频锁定电路，与光梳连接，设置为将光梳的重复频率锁定到激光器的输出频率上；光电探测电路，分别与光梳和分频电路连接，设置为对光梳生成的第二微波信号进行整形后输入至分频电路；分频电路，设置为对第二微波信号进行分频处理，输出目标频率的第二微波信号。

3、可选地，误差探测伺服电路，设置为当激光器生成的光信号波长与铯原子从6p3/2能级到6s1/2能级的跃迁频率完全一致时，生成最大误差信号。

4、可选地，当两路信号进入动态锁定的状态后，激光器的输出频率被锁定在铯原子从6p3/2能级到6s1/2能级跃迁的谱线上，激光器生成的光信号输入光梳；光梳产生多根频率间隔固定的光谱线，激光器输入的光信号与光梳产生多根光谱线中的一根谱线相互作用时，产生拍频信号，其中，拍频信号的频率等于相互作用的两束光之间的频率差；拍频锁定电路，设置为对拍频信号进行探测及分析，根据对拍频信号的分析结果生成锁定电压，并利用锁定电压对光梳内部的压控元器件进行控制，以将光梳的重复频率锁定到激光器的输出频率上。

5、可选地，光电探测电路，还设置为检测光梳的重复频率，并根据最终输出的微波信号的频率大小需求，选择重复频率的非线性谐波次数。

6、可选地，光抽运铯束管，设置为通过检测第一微波信号和铯原子在u型微波腔中的相互作用确定第一微波信号的频率，以提供时间基准。

7、可选地，光抽运铯束管为泵浦和探测同光源结构的铯束管。

8、可选地，第一微波信号的频率为9.19ghz，其中，倍频电路采用以下方式中的一种产生第一微波信号：采用预设频率的晶体振荡器生成预设频率的晶振信号，并将晶振信号倍频至9.19ghz的第一微波信号；采用9.19ghz的介质振荡器与晶体振荡器锁定的方式生成第一微波信号。

9、可选地，激光器为852.1nm的半导体激光器。

10、在本申请中，提出了一种新型铯原子钟，利用铯原子的超精细能级锁定泵浦激光器，进而用激光器锁定光梳，利用光梳的重复频率产生高稳定度、低相噪、低漂移的各频段微波信号。能够在保障铯原子钟低漂移的条件下，提升输出频率的中短期稳定度，并能产生多种不同频率的微波信号，便于用户使用。

技术特征：

1.一种铯原子钟，其特征在于，包括：激光器(1)、光抽运铯束管(2)、倍频电路(3)、误差探测伺服电路(4)、稳频温控电路(5)、拍频锁定电路(6)、光梳(7)、光电探测电路(8)以及分频电路(9)，其中，

2.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于，

6.根据权利要求1或5所述的铯原子钟，其特征在于，所述光抽运铯束管(2)为泵浦和探测同光源结构的铯束管。

7.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于，所述第一微波信号的频率为9.19ghz，其中，所述倍频电路(3)采用以下方式中的一种产生所述第一微波信号：

8.根据权利要求1所述的铯原子钟，其特征在于，所述激光器(1)为852.1nm的半导体激光器。

技术总结
本申请公开了一种铯原子钟，包括：激光器、光抽运铯束管、倍频电路、误差探测伺服电路、稳频温控电路、拍频锁定电路、光梳、光电探测电路以及分频电路。该铯原子钟利用铯原子的超精细能级锁定泵浦激光器，进而用激光器锁定光梳，利用光梳的重复频率产生高稳定度、低相噪、低漂移的各频段微波信号，本申请解决了现有技术中的铯原子钟在中短期稳定度比较差的技术问题。

技术研发人员：陈妍君,黄凯,陈海波,张尧焯,朱玺,张彬彬,卢心竹
受保护的技术使用者：北京无线电计量测试研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/3/16