專利名稱：能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及原子能級躍遷探測技術領域，主要適用于能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統。
背景技術：
在原子鐘的實際應用中，壓控晶振器將信號輸出到綜合模塊和微波倍混頻模塊；綜合模塊給接收到的信號加上一個小調頻，再將微波調制信號輸出到微波倍混頻模塊和伺服模塊；微波倍混頻模塊先對壓控晶振器的輸出信號進行倍頻，再將經過倍頻的信號和由綜合模塊的輸出的微波調制信號進行混頻，生成微波探測信號，將微波探測信號作用于原子共振躍遷模塊；透過原子共振躍遷模塊的光照射到光電池上產生量子鑒頻光電信號(外接電阻并經過了電反相)。由光電池輸出的量子鑒頻光電信號的頻率和照射到它上面的光強成正比。當輸入的微波探測信號頻率正好等于原子基態超精細躍遷頻率時(f=fo)，原子共振躍遷模塊中的原子吸收光子最多，透射光最弱，量子鑒頻光電信號的頻率最低。當微波探測信號的中心頻率高于原子基態超精細躍遷頻率(Dftl)時，光電池的輸出信號和微波調制信號同頻同相，通過伺服模塊進行同步鑒相產生一個負的糾偏電壓，并作用在壓控晶振器上，使壓控晶體振蕩器輸出信號的頻率降低；當微波探測信號的中心頻率低于原子基態超精細躍遷頻率(Kftl)時，光電池的輸出信號和微波調制信號同頻反相，通過伺服模塊進行同步鑒相產生一個正的糾偏電壓，并作用在壓控晶振器上，使壓控晶體振蕩器輸出信號的頻率升高；當微波探測信號的中心頻率等于原子基態超精細躍遷頻率(f = fo)時，光電池的輸出信號的頻率是微波調制信號的頻率的2倍，利用伺服模塊的同步鑒相不產生糾偏電壓，從而將壓控晶體振蕩器的輸出頻率鎖在原子基態的0 — 0躍遷共振點上。但是，目前的原子能級躍遷動態探測的頻率范圍較大，因此，整個原子鐘的原子能級躍遷動態探測的精度較低，從而降低了原子鐘的使用效率。這將會對原子鐘的一些特殊應用帶來影響，如對精確制導、授時等帶來較大誤差。綜上所述，設計出一種能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統是十分有必要的。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統，它能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測的頻率范圍，從而提高整個原子鐘的原子能級躍遷動態探測的精度。為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統，包括:信號發生器、壓控晶振器及恒壓源；所述恒壓源的輸出端與所述壓控晶振器的輸入端連接，壓控晶振器的第一輸出端與所述信號發生器的第一輸入端連接；壓控晶振器的第二輸出 端與原子鐘的微波倍混頻模塊連接；原子鐘的伺服模塊的輸出端與信號發生器的第二輸入端連接，信號發生器的輸出端與原子鐘的綜合模塊連接。進一步地，所述信號發生器的型號為安捷倫公司生產的33250A。進一步地，所述恒壓源的型號為源谷電子有限公司生產的IPA16-30LA。本實用新型的有益效果在于:本實用新型提供的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統在保持由壓控晶振器輸出到原子鐘的微波倍混頻模塊的信號頻率不變的前提下，通過由原子鐘的伺服模塊輸出的糾偏電壓改變信號發生器的輸出信號的頻率，即改變輸入到原子鐘的綜合模塊的信號頻率；基于原子鐘的綜合模塊的信號頻率的轉換能力遠小于微波倍混頻模塊的信號頻率的轉換能力的特點，縮小了原子能級躍遷動態探測的頻率范圍，從而提高了整個原子鐘的原子能級躍遷動態探測的精度。
圖1為本實用新型實施例提供的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統的結構示意圖。圖2為使用本實用新型實施例提供的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統前后的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的對照圖。
具體實施方式
為進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所采取的技術手段及功效，
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統的具體實施方式
及工作原理進行詳細說明。由圖1可 知，本實用新型實施例提供的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統包括:信號發生器、恒壓源及壓控晶振器；恒壓源的輸出端與壓控晶振器的輸入端連接，壓控晶振器的第一輸出端與信號發生器的第一輸入端連接；壓控晶振器的第二輸出端與原子鐘的微波倍混頻模塊連接；原子鐘的伺服模塊的輸出端與信號發生器的第二輸入端連接，信號發生器的輸出端與原子鐘的綜合模塊連接。綜合模塊的第一輸出端與微波倍混頻模塊連接，綜合模塊的第二輸出端與伺服模塊的第二輸入端連接；微波倍混頻模塊的輸出端與原子鐘的原子共振躍遷模塊的第一輸入端連接；原子鐘的光源與原子共振躍遷模塊的第二輸入端連接；原子共振躍遷模塊的輸出端與原子鐘的光電池的輸入端連接；光電池的輸出端與伺服模塊的第一輸入端連接。在本實施例中，信號發生器的型號為安捷倫公司生產的33250A，恒壓源的型號為源谷電子有限公司生產的IPA16-30LA。在對本實用新型實施例提供的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統進行分析時，需要引入頻率轉換系數的概念。頻率轉換系數是輸出信號的頻率和輸入信號頻率的比值，表示原子鐘的功能模塊對信號頻率的轉換能力。例如:微波倍混頻模塊的輸入信號的頻率為10MHz，其輸出信號的頻率為6840MHz，故微波倍混頻模塊的頻率轉換系數A=6840/10=684。綜合模塊的輸入信號的頻率為10MHz，其輸出信號的頻率為
5.3125MHz，故綜合模塊的頻率轉換系數B=5.3125/10 ^ 0.5。本實用新型實施例提供的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統在工作時，首先按照原子鐘的工藝需求設置微波倍混頻模塊的輸出信號的頻率、綜合模塊的輸出信號的頻率和恒壓源的輸出信號的頻率，其中恒壓源的輸出信號的頻率為基準信號頻率，在本實施例中，基準信號頻率為IOMHz ;恒壓源將基準信號輸出到壓控晶振器，使壓控晶振器輸出固定頻率《1為IOMHz的信號。壓控晶振器輸出的固定頻率為《1的信號一路輸出到信號發生器，用作信號發生器的外部時鐘基準，因此，信號發生器在壓控晶振器輸出的固定頻率為《1的信號的參考前提下，信號發生器輸出的頻率為《2的信號擁有和壓控晶振器輸出的固定頻率為《1的信號一樣的頻率特性(如穩定性)，即《2=10MHz。信號發生器再輸出頻率為《2的信號至綜合模塊完成《2*B的生成。壓控晶振器同時輸出另一路固定頻率為的信號至微波倍混頻模塊，微波倍混頻模塊對接收到的固定頻率信號進行射頻倍頻和微波倍頻，即完成《 1*A。綜合模塊對接收的頻率為《2的信號施加一個小調頻，生成微波調制信號，再將微波調制信號一路輸出至微波倍混頻模塊，另一路輸出至原子鐘的伺服模塊。微波倍混頻模塊將 接收到的微波調制信號和經倍頻的信號進行混頻，生成微波探測信號F，即完成F= l*A- 2*B，并將微波探測信號作用在原子鐘的原子共振躍遷模塊。原子共振躍遷模塊在光源的作用下，經光電池獲得相應的量子鑒頻光電信號，并將量子鑒頻光電信號傳送至伺服模塊。伺服模塊對接收到的量子鑒頻光電信號和微波調制信號進行同步鑒相，再輸出相應的糾偏電壓作用于信號發生器。參照原子鐘傳統閉環鎖定的工作原理，為實現原子能級的動態探測，信號發生器輸出信號的頻率《2的大小受糾偏電壓控制，從而使信號發生器輸出信號的頻率《2發生變化，以進一步使微波探測信號F發生變化，最終達到F=A的動態平衡，其中，f0為原子能級躍遷頻率。由公式F= 1*A- 2*B可知，最終的微波探測信號F由《1、《2、A、B決定，由于A、B和《 I都是固定不變的，變化的只有《2，故變化的項是《2*B，這樣就減小了F= 1*A- 2*B中A的貢獻。在不考慮《 I存在漂移的情況下，實現了整個微波探測信號F的探測精度只由綜合模塊的頻率轉換系數B決定。由于原子鐘必須將探測用的微波信號準確設定在原子鐘所需的量級上，故首先需要采用倍頻將探測信號放大在這個量級上；其次需要采用混頻，將探測信號準確的設定在這個量級上，所以原子鐘的微波倍混頻模塊的頻率轉換系數A遠大于原子鐘的綜合模塊的頻率轉換系數B，這樣就大大縮小了原子能級躍遷動態探測的頻率范圍。如圖2所示，F代表微波探測信號頻率，f0代表原子基態超精細結構0-0躍遷的中心頻率，V為光電池采集獲得的光強大小，AFa為使用本實用新型前原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍，AFb為使用本實用新型后原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍，由圖2可知，使用本實用新型后原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍AF^j、于使用本實用新型前原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍AFa，因此本實用新型實施例提供的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統大大縮小了原子能級躍遷動態探測的頻率范圍，從而提高了整個原子鐘的原子能級躍遷動態探測的精度。本實用新型實施例提供的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統在保持由壓控晶振器輸出到原子鐘的微波倍混頻模塊的信號頻率不變的前提下，通過由原子鐘的伺服模塊輸出的糾偏電壓改變信號發生器的輸出信號的頻率，即改變輸入到原子鐘的綜合模塊的信號頻率；基于原子鐘的綜合模塊的信號頻率的轉換能力遠小于微波倍混頻模塊的信號頻率的轉換能力的特點，縮小了原子能級躍遷動態探測的頻率范圍，從而提高了整個原子鐘的原子能級躍遷動態探測的精度。最后所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照實例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新·型的權利要求范圍當中。
權利要求1.能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統，其特征在于，包括:信號發生器、壓控晶振器及恒壓源；所述恒壓源的輸出端與所述壓控晶振器的輸入端連接，壓控晶振器的第一輸出端與所述信號發生器的第一輸入端連接；壓控晶振器的第二輸出端與原子鐘的微波倍混頻模塊連接；原子鐘的伺服模塊的輸出端與信號發生器的第二輸入端連接，信號發生器的輸出端與原子鐘的綜合模塊連接。
2.如權利要求1所述的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統，其特征在于，所述信號發生器的型號為安捷倫公司生產的33250A。
3.如權利要求1或2所述的能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統，其特征在于，所述 恒壓源的型號為源谷電子有限公司生產的IPA16-30LA。
專利摘要本實用新型涉及原子能級躍遷探測技術領域，公開了一種能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測頻率范圍的系統，包括信號發生器、壓控晶振器及恒壓源；恒壓源的輸出端與壓控晶振器的輸入端連接，壓控晶振器的第一輸出端與信號發生器的第一輸入端連接；壓控晶振器的第二輸出端與原子鐘的微波倍混頻模塊連接；原子鐘的伺服模塊的輸出端與信號發生器的第二輸入端連接，信號發生器的輸出端與原子鐘的綜合模塊連接。本實用新型能夠縮小原子鐘的原子能級躍遷動態探測的頻率范圍，從而提高整個原子鐘的原子能級躍遷動態探測的精度。
文檔編號H03L7/26GK203151469SQ20132005945
公開日2013年8月21日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者雷海東 申請人:江漢大學