专利名称：灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方法及铷原子钟的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及原子钟与频率标准技术，具体涉及一种灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方法及铷原子钟，属于激光技术领域。
背景技术：
经过半个世纪的发展，国际上气泡型铷原子钟利用铷原子谱灯进行光抽运和光检 测的铷原子钟已经达到了性能极限。为了突破铷原子钟已经达到的性能极限，克服铷原子 谱灯光抽运铷原子钟时的低信噪比、低抽运效率以及抽运谱灯的光强和光谱线型随时间变 化带来的原子钟频率稳定度的恶化，现有技术通过采用半导体激光代替铷谱灯进行光抽运 和光检测。由于利用激光抽运和检测的铷原子钟所利用的半导体激光器工作在铷原子794. 8 纳米(D1)或780纳米(D2)谱线上，增益带宽达到了数个纳米(nm)的宽度。为了使半导体 激光器在铷原子钟系统上得到应用，必须通过稳频技术调节半导体激光器的输出波长，使 半导体激光器能够与铷原子的794. 8纳米(D1)或780纳米(D2)谱中的一条跃迁线共振并 使半导体激光器锁定在该谱线上，例如锁定在铷87原子的基态5s 2S172F = 1能级到激发 态5p 2P372F = 2能级跃迁频率上。进一步地，即使半导体激光器锁定在铷谱线上，半导体激 光器仍然会由于振动、温度变化等原因失锁并且其工作频率漂移以致离开铷原子谱线，最 终导致没有人工的再次干预检查就无法自动重新将半导体激光器锁定在所需的铷谱线上， 这对于半导体激光抽运铷原子钟作自主应用时是个无法克服的限制。半导体激光器的上述 缺陷给半导体激光抽运铷原子钟带来极大的系统长期工作稳定性的隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方法及铷 原子钟，提高抽运铷原子钟的信噪比、抽运效率，并克服频率稳定度漂移等缺点。为实现上述目的，本发明提供了一种灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方 法，包括将铷气体无极灯滤光后作为泵浦光源对原子汽室中的铷气体原子进行泵浦实现 布局数反转后在激光谐振腔作用下形成灯泵铷气体激光；利用所述灯泵铷气体激光对设置在微波腔内的铷泡进行激光抽运，并利用所述灯 泵铷气体激光检测抽运后的所述铷原子在所述微波腔中与微波场相互作用发生跃迁的跃 迁几率，根据测量到的跃迁几率锁定馈入所述微波腔的微波频率，使所述微波腔内的微波 频率锁定在原子的钟跃迁频率上，从而提供标准频率输出。为实现上述目的，本发明提供了一种铷原子钟，包括依次设置的铷气体无极灯、滤光装置、聚焦透镜，用于产生在第一激发态到基态之 间跃迁谱线的泵浦光源；带压电陶瓷的激光谐振腔，所述激光谐振腔的一端靠近所述聚焦透镜设置有激光高反泵浦光投射镜，所述激光谐振腔的另一端靠近压电陶瓷设置有耦合透镜；设置于所述激光谐振腔内的原子汽室，所述原子汽室内充有与所述铷气体无极灯内的铷蒸汽气体，并混合有用于与所述原子汽室内的铷气体原子碰撞的其他气体原子和/ 或气体分子，形成灯泵铷气体激光；设置于微波腔体内的带有直流磁场和磁屏蔽的充有缓冲气体的铷泡，利用所述灯 泵铷气体激光对所述铷泡进行抽运，并利用所述灯泵铷气体激光检测抽运后的铷原子在所 述微波腔中与微波场相互作用发生跃迁的跃迁几率，根据测量到的跃迁几率锁定馈入所述 微波腔的微波频率，使所述馈入微波腔内的微波频率锁定在原子的钟跃迁频率上，并提供 标准频率输出。上述本发明提供的灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方法及铷原子钟，与 已有的利用半导体激光抽运的气泡型铷原子钟相比，本发明通过利用灯泵铷气体激光在铷 的跃迁谱线展宽谱上，容易锁定在所需的输出频率上；由于灯泵铷气体激光的频率在失锁 的状态下仍然是工作在铷跃迁谱线展宽谱上，因此即使灯泵铷气体激光的频率发生失锁， 也可以快速地将灯泵铷气体激光锁定在所需的输出频率上；此外，由于铷气体无极灯有着 预期二十年的寿命，进一步保证了本发明所述的用灯泵铷气体激光抽运的铷原子钟的长寿 命。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术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 发明的一些实施例，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为现有铷原子能级的结构示意；图2为本发明灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方法实施例的流程示意 图；图3为本发明铷原子钟一个实施例的结构示意图；图4为本发明铷原子钟另一个实施例的结构示意图；图5为本发明铷原子钟再一个实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。图1为现有铷原子能级的结构示意，如图1所示，抽运和检测的激光可以是794. 8 纳米(D1)谱线的激光，也可以是780纳米(D2)谱线的激光；5p 2P372到基态5s 2S172的跃迁 谱线成为780纳米(D2)谱线，其中5p 2P172到基态5s 2S172的跃迁谱线成为794. 8纳米(D1) 谱线。本发明实施例为描述方便，将铷原子在780纳米(D2)谱线上泵浦，在794. 8纳米(D1) 谱线输出的铷气体激光作为抽运和检测激光为例子来解释本发明气泡型铷原子钟的工作原理。此外，本发明实施例为描述方便，将本发明实施例所述的用铷气体无极灯泵浦的铷气体激光简称为灯泵铷气体激光。图2为本发明灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方法实施例的流程示意 图，如图2所示，本发明实施例包括如下步骤步骤201、将铷气体无极灯滤光后作为泵浦光源对原子汽室中的铷气体原子进行 泵浦实现布局数反转后在激光谐振腔作用下形成灯泵铷气体激光；步骤202、利用灯泵铷气体激光对设置在微波腔内的铷泡进行激光抽运，并利用灯 泵铷气体激光检测抽运后的铷原子在微波腔中与微波场相互作用而发生跃迁的跃迁几率， 根据测量到的跃迁几率锁定馈入微波腔的微波频率，使馈入微波腔内的微波频率锁定在铷 原子的钟跃迁频率上，并提供标准频率输出。本发明实施例提供的灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方法与已有的利 用半导体激光抽运的气泡型铷原子钟相比，本发明通过利用灯泵铷气体激光在铷的跃迁谱 线展宽谱上，容易锁定在所需的输出频率上；由于灯泵铷气体激光的频率在失锁的状态下 仍然是工作在铷跃迁谱线展宽谱上，因此即使灯泵铷气体激光的频率发生失锁，也可以快 速地将灯泵铷气体激光锁定在所需的输出频率上；此外，由于铷气体无极灯有着预期二十 年的寿命，进一步保证了本发明所述的用灯泵铷气体激光抽运的铷原子钟的长寿命。进一步地，在上述图2所示实施例的基础上，利用所述灯泵铷气体激光来检测抽 运后的铷原子在所述微波腔中与微波场相互作用发生跃迁的几率具体可以通过如下方式 实现将所述抽运后的铷原子与调节到所述铷原子的跃迁频率对应的所述微波腔体内 的微波场相互作用，产生第一能级与第二能级之间的原子跃迁；进一步地，本发明实施例中 所述的第一能级与第二能级为相对的概念，仅表示两个钟跃迁的能级，例如若第一能级为 F = 2, mF = 0态，则第二能级为F = 1，mF = 0态，若第一能级为F = 1，mF = 0态，则第二 能级为F = 2，mF = 0态；根据光电探测器探测到的铷原子在所述微波腔中与微波场相互作用发生的跃迁 几率。进一步地，可以利用光电探测器测量所述灯泵铷气体激光的强度变化探测得到跃迁几率。此外，在上述图2所示实施例的基础上，为了稳定输出频率，在执行步骤202之前， 还可以先将灯泵铷气体激光进行稳频处理，具体过程可以为灯泵铷气体激光的一部分由 反射镜反射到稳频系统后，经过耦合镜和设置在耦合镜上的压电陶瓷调节激光谐振腔的腔 长稳定灯泵铷气体激光的输出频率。进一步地，在上述图2所示实施例的基础上，可以以脉冲形式对本发明所述的灯 泵铷气体激光进行抽运，具体工作方式灯泵铷气体激光以短脉冲方式抽运气泡中的铷原 子到F = 2态或F = 1态后停止，在时序上接着开始两个时间序上分开的微波脉冲激发F =2，mF = 0态和F = 1，mF = 0态之间的跃迁，再之后以灯泵铷气体激光的一个弱光脉冲 进行检测。因此，上述每一个工作周期是气体激光抽运，在时序上分开的双微波脉冲钟跃 迁激发，然后实施气体激光光脉冲检测。原子钟的所有工作时序由电路中的程序控制，该种 工作方式可以较大程度上消除激光带来的光频移。进一步地，在上述图2所示实施例的基础上，灯泵铷气体激光工作在铷原子的谱线上，例如波长在794. 8纳米或者780纳米的铷谱线上。微波腔内的微波的频率值锁定在铷原子的钟跃迁频率上。进一步地，上述具体的实施方法也包括基于本发明相同技术的其它碱金属原子的 气泡型原子钟系统，如原理和结构相同的铯原子气泡型原子钟，即灯泵铯气体激光抽运的 气泡型铯原子钟。图3为本发明铷原子钟一个实施例的结构示意图，如图3所示，本发明实施例中的 铷原子钟具体包括依次设置的铷气体无极灯1、滤光装置2、聚焦透镜3，产生在第一激发 态到基态之间跃迁谱线的泵浦光源；带压电陶瓷41的激光谐振腔4，激光谐振腔4的一端 靠近聚焦透镜3设置有激光高反泵浦光透射镜42，激光谐振腔的另一端靠近压电陶瓷41设 置有耦合透镜43 ；设置于激光谐振腔4内的原子汽室5，原子汽室5内充有与铷气体无极灯1内相同 的铷蒸汽气体，并混合有用于与原子汽室5内的铷气体原子碰撞的其他气体原子和/或气 体分子，形成灯泵铷气体激光；设置于微波腔6体内的带有直流磁场和磁屏蔽的充有缓冲气体的铷泡61，利用灯 泵铷气体激光对铷泡61进行抽运，并利用灯泵铷气体激光检测抽运后的铷原子在微波腔6 中与微波场相互作用发生跃迁的跃迁几率，根据测量到的跃迁几率锁定馈入所述微波腔的 微波频率，使馈入微波腔6内的微波频率锁定在原子的钟跃迁频率上，从而提供标准频率 输出。进一步地，可以利用光电探测器测量所述灯泵铷气体激光的强度变化探测得到跃迁 几率。本发明实施例提供的铷原子钟，与已有的利用半导体激光抽运的气泡型铷原子钟 相比，本发明通过利用灯泵铷气体激光在铷的跃迁谱线展宽谱上，容易锁定在所需的输出 频率上；由于灯泵铷气体激光的频率在失锁的状态下仍然是工作在铷跃迁谱线展宽谱上， 因此即使灯泵铷气体激光的频率发生失锁，也可以快速地将灯泵铷气体激光锁定在所需的 输出频率上；此外，由于铷气体无极灯有着预期二十年的寿命，进一步保证了本发明所述的 用灯泵铷气体激光抽运的铷原子钟的长寿命。图4为本发明铷原子钟另一个实施例的结构示意图，如图4所示，依次设置的铷气 体无极灯1、滤光装置2、聚焦透镜3，产生在第一激发态到基态之间跃迁谱线的泵浦光源， 其中，滤光装置2具体可以干涉滤波片、铷同位素原子滤光泡、或者基于法拉第效应的原子 滤光器等满足滤光要求的器件；带压电陶瓷41的激光谐振腔4，激光谐振腔4的一端靠近 聚焦透镜3设置有激光高反泵浦光透射镜42，激光谐振腔的另一端靠近压电陶瓷41设置有 耦合透镜43 ；激光高反泵浦光透射镜42作为激光谐振腔4与泵浦光耦合进激光介质，耦合 透镜43作为激光谐振腔的一部分，也可以反射泵浦光。激光谐振腔4的腔长由连接在耦合 透镜43上的压电陶瓷41来调节。设置于激光谐振腔4内的原子汽室5，原子汽室5内充有与铷气体无极灯1内相同 的铷蒸汽气体，并混合有用于与原子汽室5内的铷气体原子碰撞的其他气体原子和/或气 体分子，形成灯泵铷气体激光；原子汽室5的两个玻璃端面镀有增透膜，用以减低对泵浦光 和激光的损耗。激光谐振腔4与微波腔6之间还设置有反射镜7与稳频系统8 ；灯泵铷气体激光 的一部分由反射镜7反射到稳频系统8后，经过耦合透镜43和设置在耦合透镜43上的压电陶瓷41调节激光谐振腔4的腔长稳定灯泵铷气体激光的输出频率；利用稳定的输出频率锁定在铷原子谱上的灯泵铷气体激光的经过反射镜7透射后对置于微波腔6体内的带有直 流磁场和磁屏蔽的充有所需缓冲气体的铷泡61进行抽运。设置于微波腔6体内的带有直流磁场和磁屏蔽的充有缓冲气体的铷泡61，利用灯 泵铷气体激光对铷泡61进行抽运，并利用灯泵铷气体激光检测抽运后的铷原子在微波腔6 中与微波场相互作用发生跃迁的跃迁几率，根据光电探测器9测量到的跃迁几率的信号变 化来锁定馈入微波腔的微波频率，使微波腔6内的微波频率锁定在原子的钟跃迁频率上。此外，本发明实施例中的铷原子钟还包括光电探测器9和微波频率控制电路10 ； 光电探测器9探测到的激光强度变化信号经微波频率控制电路10来控制馈入微波腔6与 铷原子相互作用的微波源的频率，将微波源的频率锁定在铷原子基态两个精细结构能级第 一态到第二态之间的钟跃迁频率上。本发明实施例提供的铷原子钟，与已有的利用半导体激光抽运的气泡型铷原子钟 相比，本发明通过利用灯泵铷气体激光在铷的跃迁谱线展宽谱上，容易锁定在所需的输出 频率上；由于灯泵铷气体激光的频率在失锁的状态下仍然是工作在铷跃迁谱线展宽谱上， 因此即使灯泵铷气体激光的频率发生失锁，也可以快速地将灯泵铷气体激光锁定在所需的 输出频率上。下面对图4所示实施例中的铷原子钟的工作原理进行示例性说明，具体地，在激 光谐振腔4的反馈作用下，波长在铷D1或D2谱线上的灯泵铷气体激光由反射镜7部分反射 输出到稳频系统8而稳频，经过耦合透镜43和设置在耦合透镜43上的压电陶瓷41来调节 激光谐振腔4腔长对灯泵铷气体激光的输出频率进行稳定。然后用稳定后的输出频率锁定 在铷原子谱上的灯泵铷原子气体激光的经过反射镜7透射后对置于微波腔6体内部带有直 流磁场和磁屏蔽的充有所需缓冲气体的铷泡61进行抽运，光电探测器9探测到的信号经微 波频率控制电路10来控制馈入微波腔6与铷原子相互作用的微波源11的频率，即将微波 源11的频率锁定在铷原子基态两个精细结构能级F = 2，mF = 0态到F = 1，mF = 0态之 间的跃迁频率上，最终实现铷原子钟，提供量子频率标准。可替换地，也包括以脉冲形式对本发明所述的灯泵铷气体激光进行抽运，具体工 作方式灯泵铷气体激光以短脉冲方式抽运气泡中的铷原子到F = 2态或F = 1态后停止， 在时序上接着开始两个时间序上分开的微波脉冲激发F = 2，mF = 0态和F = 1，mF = 0态 之间钟跃迁，再之后以灯泵铷气体激光的一个弱光脉冲用来检测。这样每一个工作周期是 气体激光抽运，时序上分开的双微波脉冲钟跃迁激发，然后气体激光光脉冲检测。原子钟 的所有工作时序由电路中的程序控制，该种工作方式可以较大程度上消除激光带来的光频 移。图5为本发明铷原子钟再一个实施例的结构示意图，如图5所示，本发明实施例中 的铷原子钟具体包括依次设置的铷气体无极灯1、滤光装置2、聚焦透镜3，产生在第一激 发态到基态之间跃迁谱线的泵浦光源，其中，滤光装置2具体可以干涉滤波片、铷同位素原 子滤光泡、或者基于法拉第效应的原子滤光器等满足滤光要求的器件；带压电陶瓷41的激 光谐振腔4，激光谐振腔4的一端靠近聚焦透镜3设置有激光高反泵浦光透射镜42，激光谐 振腔的另一端靠近压电陶瓷41设置有耦合透镜43 ；设置于激光谐振腔4内的原子汽室5，原子汽室5内充有与铷气体无极灯1内相同的铷蒸汽气体，并混合有用于与原子汽室5内的铷气体原子碰撞的其他气体原子和/或气体分子，形成灯泵铷气体激光；设置于微波腔6体内的带有直流磁场和磁屏蔽的充有缓冲气体的铷泡61，利用灯 泵铷气体激光对铷泡61进行抽运，并利用灯泵铷气体激光检测抽运后的铷原子在微波腔6 中与微波场发生相互作用产生跃迁的跃迁几率，根据测量到的跃迁几率锁定馈入微波腔6 的微波频率，使馈入微波腔6内的微波频率锁定在原子的钟跃迁频率上。控制电路系统12用于控制铷泡61的温度和磁场；铷泡61中铷原子收到抽运后形 成的基态5s2S1/2 F = 2能级和5S 2S1/2 F= 1能级之间的布居数反转，在高Q值微波腔 体内形成受微波激发射，输出给接收机13，从而提供灯泵铷气体激光抽运的气泡型微波激 射器铷原子钟。本发明实施例提供的铷原子钟，与已有的利用半导体激光抽运的气泡型铷原子钟 相比，本发明通过利用灯泵铷气体激光在铷的跃迁谱线展宽谱上，容易锁定在所需的输出 频率上；由于灯泵铷气体激光的频率在失锁的状态下仍然是工作在铷跃迁谱线展宽谱上， 因此即使灯泵铷气体激光的频率发生失锁，也可以快速地将灯泵铷气体激光锁定在所需的 输出频率上；此外，由于铷气体无极灯有着预期二十年的寿命，进一步保证了本发明所述的 用灯泵铷气体激光抽运的铷原子钟的长寿命。其中，利用铷气体无极灯1的灯光通过滤光装置2的滤光，以及聚焦透镜3的聚焦 后的泵浦光经过激光高反泵浦光透射镜42对原子汽室5中的铷气体原子进行泵浦，原子汽 室5中的铷气体原子跃迁到5p 2Pv2激发态；通过其他气体原子和/或气体分子与原子汽室 5中的铷气体原子的碰撞作用，原子汽室5中的铷蒸汽气体原子从5p 2Pv2激发态迁移至5p 2P1/2激发态，形成5p 2P1/2激发态与基态之间的布局数反转；在激光谐振腔4的反馈作用下， 激光谐振腔4输出5p 2P172激发态到基态之间跃迁谱线对应频率的灯泵铷气体激光；输出 的灯泵铷气体激光通过反射镜7的部分反射后其频率通过稳频系统8锁定在基态5s 2S172F =1到激发态5p 2P172F = 2的能级跃迁谱线上，一部分直接通过反射镜7的稳频激光用于 对置于高Q值微波腔体内部带有直流磁场和磁屏蔽的充有所需缓冲气体的铷泡61进行抽 运；铷泡61的温度和磁场通过控制电路系统12控制；铷泡61中原子收到抽运后形成的基 态5s 2S172 F = 2能级和5s 2Sv2F= 1能级之间的布居数反转，在高Q值微波腔6体内形 成受微波激发射，输出给接收机13，从而提供灯泵铷气体激光抽运的气泡型微波激射器铷 原子钟。上述图3 图5所示实施例中，灯泵铷气体激光的工作波长在794. 8纳米或者780 纳米的谱线上，微波腔内的铷泡的频率值锁定在铷原子的跃迁频率上。通过上述本发明实施例可知，采用铷气体无极灯泵浦的灯泵铷气体激光确保了铷 原子钟的所用激光光源的频率稳定性和稳频的简单化，由于不需要对激光的波长或频率进 行过于复杂的控制即可以使铷原子钟长期连续工作，因此提高了铷原子钟输出频率的长期 稳定性和铷原子钟的长期稳定性。最后，对于这种用灯泵铷气体激光抽运的气泡型铷原子钟可能作出并未脱离所附 权利要求书限定的本发明的各种变更和改型。更具体地说，本发明可以用不同原子谱线对 应的波长的灯泵铷气体激光实现抽运和检测的气泡型铷原子钟，而且，工作方式也可以是 脉冲方式。另外，这种用灯泵气体激光来实现激光抽运气泡型铷原子钟也适用于其他碱金属气体原子，包括铯。在原理不变的情况下，结构上的小型化的灯泵铷气体激光抽运的气泡型铷原子钟，也在本发明所讨论的权利要求范围之内。 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
权利要求
一种灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方法，其特征在于，包括将铷气体无极灯滤光后作为泵浦光源对原子汽室中的铷气体原子进行泵浦实现布局数反转后在激光谐振腔作用下形成灯泵铷气体激光；利用所述灯泵铷气体激光对设置在微波腔内的铷泡进行激光抽运，并利用所述灯泵铷气体激光检测抽运后的所述铷原子在所述微波腔中与微波场相互作用发生跃迁的跃迁几率，根据测量到的跃迁几率锁定馈入所述微波腔的微波频率，使所述馈入微波腔的微波频率锁定在所述铷原子的钟跃迁频率上，并提供标准频率输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述灯泵铷气体激光检测抽运 后的所述铷原子在所述微波腔中与微波场相互作用发生跃迁的跃迁几率包括将所述抽运后的所述铷原子与调节到所述铷原子的跃迁频率对应的所述微波腔体内 的微波场相互作用，产生第一能级与第二能级之间的原子跃迁；根据光电探测器探测到的铷原子在所述微波腔中与微波场相互作用发生的跃迁几率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用灯泵铷气体激光对设置在微波 腔内的铷泡进行激光抽运之前还包括所述灯泵铷气体激光的一部分由反射镜反射到稳频系统后，经过所述耦合镜和设置在 所述耦合镜上的压电陶瓷调节所述激光谐振腔的腔长稳定所述灯泵铷气体激光的输出频 率。
4.根据权利要求1 3任一所述的方法，其特征在于所述灯泵铷气体激光工作在所 述铷原子的谱线上，所述微波腔内的微波频率值锁定在所述铷原子的钟跃迁频率上。
5.一种铷原子钟，其特征在于，包括依次设置的铷气体无极灯、滤光装置、聚焦透镜，用于产生在第一激发态到基态之间跃 迁谱线的泵浦光源；带压电陶瓷的激光谐振腔，所述激光谐振腔的一端靠近所述聚焦透镜设置有激光高反 泵浦光透射镜，所述激光谐振腔的另一端靠近压电陶瓷设置有耦合透镜；设置于所述激光谐振腔内的原子汽室，所述原子汽室内充有与所述铷气体无极灯内相 同的铷蒸汽气体，并混合有用于与所述原子汽室内的铷气体原子碰撞的其他气体原子和/ 或气体分子，形成灯泵铷气体激光；设置于微波腔体内的带有直流磁场和磁屏蔽的充有缓冲气体的铷泡，利用所述灯泵铷 气体激光对所述铷泡进行抽运，并利用所述灯泵铷气体激光检测抽运后的所述铷原子在所 述微波腔中与微波场发生相互作用产生跃迁的跃迁几率，根据测量到的跃迁几率锁定馈入 所述微波腔的微波频率，使所述馈入微波腔内的微波频率锁定在原子的钟跃迁频率上，从 而提供标准频率输出。
6.根据权利要求5所述的铷原子钟，其特征在于，所述原子汽室的两个玻璃端面镀有 增透膜，用以减低对泵浦光和激光的损耗。
7.根据权利要求5所述的铷原子钟，其特征在于，所述激光谐振腔与所述微波腔之间 还设置有反射镜与稳频系统；所述灯泵铷气体激光的一部分由所述反射镜反射到所述稳频系统后，经过所述耦合镜 和设置在所述耦合镜上的压电陶瓷调节所述激光谐振腔的腔长稳定所述灯泵铷气体激光 的输出频率；利用所述输出频率锁定在铷原子谱上的灯泵铷气体激光的经过所述反射镜透射后对置于所述微波腔体内的带有直流磁场和磁屏蔽的充有所需缓冲气体的铷泡进行抽 运。
8.根据权利要求5所述的铷原子钟，其特征在于，还包括光电探测器和微波频率控制 电路；所述光电探测器探测到的信号经所述微波频率控制电路来控制馈入所述微波腔与铷 原子相互作用的微波源的频率，将所述微波源的频率锁定在所述铷原子基态两个精细结构 能级第一态到第二态之间的钟跃迁频率上。
9.根据权利要求5所述的铷原子钟，其特征在于，还包括控制电路系统，用于控制所 述铷泡的温度和磁场。
10.根据权利要求5 9任一所述的铷原子钟，其特征在于，所述灯泵铷气体激光的工 作波长在如794. 8纳米或者780纳米的铷原子谱线上，所述微波腔内微波的频率值锁定在 所述铷原子的跃迁频率上。
全文摘要
本发明涉及一种灯泵铷气体激光抽运铷泡输出标准频率的方法及铷原子钟，方法包括将铷气体无极灯滤光后作为泵浦光源对原子汽室中的铷气体原子进行泵浦实现布局数反转后在激光谐振腔作用下形成灯泵铷气体激光；利用灯泵铷气体激光对设置在微波腔内的铷泡进行激光抽运，并利用灯泵铷气体激光检测抽运后的铷原子在微波腔中与微波场发生相互作用发生跃迁的跃迁几率，根据检测到的跃迁几率锁定馈入微波腔的微波频率，使馈入微波腔的微波频率锁定在原子的钟跃迁频率上。本发明实施例，由于灯泵铷气体激光的频率在失锁的状态下仍工作在铷跃迁谱线展宽谱上，因此即使灯泵铷气体激光的频率发生失锁，也可以快速地将灯泵铷气体激光锁定在所需的激光频率上。
文档编号H03L7/26GK101846965SQ20101016339
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者陈景标 申请人:北京大学