一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法与流程

技术特征：
1.一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，光频原子钟包括泵浦光源、微腔光梳、扩谱装置和两路锁相环，在具体的控制过程中，包括以下步骤：利用微腔光梳从泵浦光源输出的光信号中获得重复频率处于光电探测器工作带宽内的微腔光学频率梳，利用扩谱装置将微腔光学频率梳的光谱扩展到一个倍频程以上的宽度，得到扩谱光梳；通过第三光电探测器对扩谱光梳的重复频率f
rep
进行探测；通过将扩谱光梳的第n梳齿频率f
n
＝f
ceo
nf
rep
倍频后与第2n梳齿频率f
2n
＝f
ceo
2nf
rep
进行拍频，得到光梳初始频率f
ceo
＝2f
n-f
2n
，然后通过第一锁相环pll1控制泵浦光源的泵浦功率，使光梳初始频率f
ceo
锁定到重复频率f
rep
上，得到f
ceo
＝f
rep
/a；通过第二锁相环pll2控制泵浦光源的波长，使扩谱光梳第m梳齿频率f
m
＝f
ceo
mf
rep
锁定到光频钟跃迁频率f
r1
上，得到：f
r1
＝f
m
f
rep
/b＝f
ceo
mf
rep
f
rep
/b＝f
rep
/a mf
rep
f
rep
/b整个系统通过两路锁相环实现将光梳重复频率f
rep
锁定到了原子光频钟跃迁频率f
r1
上：其中m、a、b均为常数，同时光频跃迁频率f
r1
也经微腔光梳分频后将其稳定度传递到了重复频率f
rep
上，从而实现高稳定度的微波频率f
rep
输出。2.根据权利要求1所述的一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，所述光频原子钟还包括激光器、原子吸收泡及反馈控制回路，原子吸收泡通过反馈控制回路与激光器连接，通过原子吸收泡和反馈控制回路将激光器的输出频率反馈锁定到光频跃迁频率f
r1
上。3.根据权利要求2所述的一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，所述激光器输出频率经过原子跃迁谱线、分子跃迁谱线或离子跃迁谱线稳频。4.根据权利要求2所述的一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，所述反馈控制回路上设置有第四光电检测器。5.根据权利要求1所述的一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，所述扩谱装置为基于高非线性光纤或片上高非线性波导的扩谱装置。6.根据权利要求5所述的一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，所述片上高非线性波导为氮化硅波导、铌酸锂波导或锗波导。7.根据权利要求1所述的一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，所述微腔光梳为产生重复频率在普通光电探测器工作带宽内的微型腔体结构。8.根据权利要求7所述的一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，所述微腔光梳的材质为氮化硅、二氧化硅、氮化铝、铌酸锂、融融石英或氟化物材料。9.根据权利要求1所述的一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，所述光频原子钟包括第一光电探测器，所述第一光电探测器与第一锁相环pll1连接，第一光电探测器用于检测光梳初始频率f
ceo
。10.根据权利要求1所述的一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，其特征在于，
所述光频原子钟包括第二光电探测器，所述第二光电探测器与第二锁相环pll2连接，第二光电探测器用于检测第m梳齿频率f
m
与光频钟跃迁频率f
r1
之间的频率差。

技术总结
本发明涉及原子钟技术领域，具体涉及一种基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，即当光频原子钟采用基于微腔光梳技术来产生所需光学频率梳信号时，可通过将微腔光频梳信号进行扩谱使得其光谱宽度达到一个倍频程后实现光频梳信号的自参考锁定，从而实现重复频率与经原子系统稳频的钟激光之间的直接锁定。本发明基于微腔光梳的光频原子钟的实现方法，降低了光钟系统对于微腔光梳谱宽的要求，从而使得微腔光梳能够应用于光钟系统，同时本方法仅需要一套微腔光梳系统和两路锁相环，系统复杂度低，具有良好的工程化前景，另外微腔光梳毫米级的尺寸和可片上集成的特性赋予了光频原子钟实现小型化甚至芯片化的潜力，极大地拓展光钟的应用前景。钟的应用前景。钟的应用前景。


技术研发人员：白清松 杜润昌 杨林 于明园 王新文
受保护的技术使用者：成都天奥电子股份有限公司
技术研发日：2021.06.30
技术公布日：2022/3/11