申请/专利权人：北京大学

申请日：2023-12-11

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN117806144A

主分类号：G04F5/14

分类号：G04F5/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.19#实质审查的生效;2024.04.02#公开

摘要：本发明公开了一种基于光栅磁光阱冷却的芯片主动光钟及其实现方法。本发明利用三个饱和吸收谱稳频的DBR激光器分别产生冷却激光、重泵激光和泵浦激光，其中，冷却激光和重泵激光配合光栅磁光阱，用于冷却并囚禁原子，在原子气室中形成冷原子团；泵浦激光激发冷原子，其产生的受激辐射信号直接作为光学频率标准信号输出，与微腔光梳拍频后实现芯片主动光钟。与传统的冷原子光钟相比，本发明极大地减小了系统的体积，能够集成于芯片上，以适合紧凑、便携式设备的应用场景；与目前的芯片微波原子钟相比，本发明的稳定度指标更高。本发明具有重要的应用价值，能够为可移动设备提供长时间、高精度授时的频率参考。

主权项：1.一种基于光栅磁光阱冷却的芯片主动光钟，其特征在于，包括第一激光器1、第二激光器4、第三激光器7、饱和吸收谱装置10、反亥姆霍兹线圈17、原子气室18、微腔光梳20、第二偏振分光棱镜21、薄膜光电探测器22、频率计数器23；所述原子气室18内设有光栅芯片19；所述原子气室18内填充有作为增益介质的原子，根据光频标信号的目标波长确定所述原子气室18内所填充的原子，及选择对应的冷却泵浦能级跃迁、冷却重泵能级跃迁、泵浦能级跃迁、目标能级跃迁；所述第一激光器1产生的激光经第一光束调节装置3分为两束，一束作为冷却激光经芯片电光调制器11入射至第一偏振分光棱镜12，另一束用于饱和吸收谱稳频输入至饱和吸收谱装置10；所述冷却激光的频率对应于所述冷却泵浦能级跃迁的频率；所述第二激光器4产生的激光经第二光束调节装置6分为两束，一束作为重泵激光入射至第一偏振分光棱镜12，另一束用于饱和吸收谱稳频输入至饱和吸收谱装置10；所述重泵激光的频率对应于所述冷却重泵能级跃迁的频率；所述第三激光器7产生的激光经第三光束调节装置9分为两束，一束作为泵浦激沿第一方向入射至光原子气室18，另一束用于饱和吸收谱稳频输入至饱和吸收谱装置10；所述泵浦激光的频率对应于所述泵浦能级跃迁的频率；所述芯片电光调制器11，用于对冷却激光的频率产生红失谐；所述第一偏振分光棱镜12，用于将冷却激光和重泵激光合束，产生冷却、重泵混合激光后经λ4波片15调整为圆偏振沿第二方向入射至原子气室18；所述反亥姆霍兹线圈17，用于产生光栅磁光阱中的非均匀磁场，使所述原子气室18内增益介质的能级发生塞曼分裂；所述原子气室18沿第一方向的两个窗口均镀有对冷却、重泵混合激光高透，对目标波长具有一定反射率的介质膜，形成一谐振腔；所述冷却激光、重泵激光配合所述光栅磁光阱，用于冷却并囚禁原子，形成冷原子团；泵浦激光用于激发冷原子，使其在目标能级间实现布居数反转，发生目标能级跃迁，产生所述目标波长的受激辐射信号作为光学频率标准信号输出；所述光栅芯片19的表面蚀刻有衍射光栅结构，用于根据入射的冷却、重泵混合激光衍射产生三束具有正四面体结构的冷却、重泵衍射光，且偏振旋向均与入射激光相反，与入射激光组成陷阱光；所述微腔光梳20，用于产生梳齿光信号；所述第二偏振分光棱镜21，用于对所述光学频率标准信号与所述梳齿光信号进行合束，产生拍频光信号；所述薄膜光电探测器22，用于接收拍频光信号并将其转换为拍频电信号；所述频率计数器23，用于对所述拍频电信号进行处理，输出时钟信号，实现芯片主动光钟；所述饱和吸收谱装置10内的原子与第一光束调节装置3、第二光束调节装置6、第三光束调节装置9入射的激光相互作用，产生饱和吸收谱光信号并转换为电信号后，分别反馈至第一激光控制器2、第二激光控制器5、第三激光控制器8作为频率参考；第一激光控制器2，用于根据接收的饱和吸收谱电信号控制第一激光器1的输出频率；第二激光控制器5，用于根据接收的饱和吸收谱电信号控制第二激光器4的输出频率；第三激光控制器8，用于根据接收的饱和吸收谱电信号控制第三激光器7的输出频率。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京大学 一种基于光栅磁光阱冷却的芯片主动光钟及其实现方法

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