微型激光抽运铷原子钟相关技术研究

发布时间：2020-06-04 05:06

【摘要】：铷原子频标是应用最广泛的一种传统微波频标,其发展方向为追求更低的功耗、更小的体积以及更高的稳定度。现有的商业铷钟仍然存在功耗、体积较大等缺点,所以文章以降低功耗、减小体积为研究目的,针对铷原子频标的光源和射频链部分展开研究。针对光源部分,文中介绍了利用激光器替代光谱灯作抽运光源的优点,研制了一种基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)进行铷原子抽运的相关控制电路,具体包括恒流源、温控电路以及激光频率的反馈控制的研制工作,电流波动和控温精度均满足设计要求,并且初步实现将激光频率锁定到铷原子D1线上。该方案与采用光谱灯作抽运光源相比,在体积、功耗方面均有所优化。针对射频链部分,文中介绍了一种利用锁相环产生相位非连续且带调制的微波探寻信号的方案。利用单片机对时序进行合理控制,有效屏蔽调制信号频率在跳变时引入的噪声,另外对微波功率进行温度补偿控制,并测得整机闭环的稳定度约为1.2×10-11/(?)(1s≤τ≤100s),该指标与原方案测得的指标相比并未发生恶化,满足小型商业铷钟的指标需求。另外该方案所用功耗仅为原方案的一半,而且产生的微波信号的功率可调范围大,调节精度高。文中提出的改进方案能够有效地降低结构的复杂程度,减小体积,并且减小功耗,为铷钟的集成化、小型化发展提供基础。
【图文】：

ＶＣＳＥＬ邋全称邋Ｖｅｒｔｉｃａｌ－Ｃａｖｉｔｙ邋Ｓｕｒｆａｃｅ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ邋Ｌａｓｅｒ，又译为垂直腔面发射激逡逑光器，它是一种半导体激光器。顾名思义，它与边缘射出的边射型激光有所不逡逑同，它的激光是垂直腔面射出的。如图２．１所示，ＶＣＳＥＬ是由顶部布拉格反射逡逑器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ邋Ｂｒａｇｇ邋Ｒｅｆｌｅｃｔｏ——Ｐ＿ＤＢＲ）、谐振腔和底部布拉格反射器（Ｎ—ＤＢＲ）逡逑三部分组成。逡逑ｌｉｇｈｔ邋ｏｕｔｐｕｔ逡逑\逡逑．．逡逑逦逦逡逑１１，１１，，，，逦ｍ，，；ｌｉ；邋ｉ＾ｎＳ邋？邋ｐ邋ｌ）ｌ３Ｒ逡逑１１１１１１１１１１１１１１邋Zf邋Ａｃｔｉｖｅ邋ｌａｙｅｒ逡逑■逦逦．逡逑ｎ＋邋ＧａＡｓ邋ｓｕｂｓｔｒａｔｅ逦逡逑图２．１邋ＶＣＳＥＬ结构原理图逡逑ＶＣＳＥＬ在工作时，首先工作物质会在泵浦源的激励下发生粒子数反转，然逡逑后经过由顶部和底部反射镜共同组成的谐振腔，在激光器内放大和振荡，最后逡逑集中在顶部反射镜的中间不带有氧化层的部分输出，垂直腔面输出的激光能够逡逑６逡逑

图２．２邋ＶＣＳＥＬ的封装图逡逑
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH714.14

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本文编号：2695932