一种基于漫反射冷却的长条形冷原子主动光钟及实现方法

技术特征：
1.一种基于漫反射冷却的长条形冷原子主动光钟，其特征在于，包括冷却激光源、重泵激光源、泵浦光源、长条形原子气室、输出腔镜、双色镜，根据主动光频标确定所述长条形原子气室内充入的碱金属原子，所述碱金属原子中的一目标跃迁能级与所述主动光频标对应；其中，所述长条形原子气室的表面喷涂对冷却光、重泵浦光高反的漫反射材料；所述长条形原子气室的一端作为泵浦光输入端，用于接收所述泵浦光源输入的泵浦光；所述长条形原子气室的另一端作为输出端；所述泵浦输入端镀膜，用于对所述主动光频标具有一定反射率，所述输出端后依次设置所述输出腔镜、双色镜；所述泵浦输入端与所述输出腔镜构成所述主动光频标的谐振腔；所述冷却激光源输出的冷却光耦合输入所述长条形原子气室，用于在所述长条形原子气室内形成漫反射，冷却所述碱金属原子；所述重泵激光源输出的重泵浦光耦合输入所述长条形原子气室，用于在所述长条形原子气室内形成漫反射，提高冷却所述碱金属原子的效率；所述泵浦光源，用于对所述长条形原子气室内所充入的碱金属原子进行泵浦，使得所述目标跃迁能级间形成粒子布居数反转；所述双色镜，用于从输入光束中分离出所述主动光频标输出。2.根据权利要求1所述的长条形冷原子主动光钟，其特征在于，从所述碱金属原子中选取一对能够对所述碱金属原子冷却的跃迁能级作为冷却跃迁能级，冷却跃迁能级的上能级粒子跃迁到冷却跃迁能级的下能级时发出的光频率为冷却跃迁频率；所述冷却光的频率为相对于冷却跃迁频率红失谐的频率；从所述碱金属原子中选取一对能够提高所述碱金属原子冷却效率的跃迁能级作为重泵跃迁能级，重泵跃迁能级的上能级粒子跃迁到重泵跃迁能级的下能级时发出的光频率为重泵跃迁频率；所述重泵浦光的频率为重泵跃迁频率。3.根据权利要求1或2所述的长条形冷原子主动光钟，其特征在于，所述泵浦光输入端上设有一透光区域，用于接收所述泵浦光源输入的泵浦光；所述长条形原子气室的侧壁上设有多个透光区域，用于接收所述冷却光和所述重泵浦光。4.根据权利要求3所述的长条形冷原子主动光钟，其特征在于，所述冷却光依次通过全反镜(3)、第一半波片(4)输入到第一偏振分光棱镜(6)上，所述重泵浦光输入到第二半波片(5)上；第一偏振分光棱镜(6)反射的冷却光与透射的重泵浦光合束后经第四半波片(9)输入到第三偏振分光棱镜(10)；第一偏振分光棱镜(6)透射的冷却光与反射的重泵浦光合束后经第三半波片(7)输入到第二偏振分光棱镜(8)；第三偏振分光棱镜(10)的透射光经第一光纤耦合器(11)输入所述长条形原子气室、反射光经第二光纤耦合器(12)输入到所述长条形原子气室；第二偏振分光棱镜(8)的反射光经第三光纤耦合器(13)输入到所述长条形原子气室、透射光经第四光纤耦合器(14)输入到所述长条形原子气室。5.根据权利要求1所述的长条形冷原子主动光钟，其特征在于，所述输出腔镜上设置一压电陶瓷，用于调节主动光钟谐振腔的腔长。6.根据权利要求1所述的长条形冷原子主动光钟，其特征在于，所述输出腔镜为平凹透镜。7.一种基于漫反射冷却的长条形冷原子主动光钟实现方法，其步骤包括：1)根据主动光频标确定长条形原子气室内充入的碱金属原子，所述碱金属原子中的一
目标跃迁能级与所述主动光频标对应；所述长条形原子气室的表面喷涂对冷却光、重泵浦光高反的漫反射材料；所述长条形原子气室的一端作为泵浦光输入端，用于接收泵浦光源输入的泵浦光；所述长条形原子气室的另一端作为输出端；所述泵浦输入端镀膜，用于对所述主动光频标具有一定反射率；所述输出端后依次设置所述输出腔镜、双色镜；所述泵浦输入端与所述输出腔镜构成所述主动光频标的谐振腔；2)将冷却激光源(1)输出的冷却光耦合输入所述长条形原子气室，用于在所述长条形原子气室内形成漫反射，冷却所述碱金属原子；3)将重泵激光源(2)输出的重泵浦光耦合输入所述长条形原子气室，用于在所述长条形原子气室内形成漫反射，提高冷却所述碱金属原子的效率；4)将所述冷却光依次通过全反镜(3)、第一半波片(4)输入到第一偏振分光棱镜(6)上，将所述重泵浦光输入到第二半波片(5)上；第一偏振分光棱镜(6)反射的冷却光与透射的重泵浦光合束后经第四半波片(9)输入到第三偏振分光棱镜(10)；第一偏振分光棱镜(6)透射的冷却光与反射的重泵浦光合束后经第三半波片(7)输入到第二偏振分光棱镜(8)；第三偏振分光棱镜(10)的透射光经第一光纤耦合器(11)输入所述长条形原子气室、反射光经第二光纤耦合器(12)输入到所述长条形原子气室；第二偏振分光棱镜(8)的反射光经第三光纤耦合器(13)输入到所述长条形原子气室、透射光经第四光纤耦合器(14)输入到所述长条形原子气室；5)调节固定在输出腔镜上的压电陶瓷(18)，调节主动光钟谐振腔腔长，在谐振腔的弱反馈下，使目标跃迁能级实现粒子数反转，输出主动光频标；6)将从所述输出腔镜输出的光束经所述双色镜分离出所述主动光频标输出。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从所述碱金属原子中选取一对能够对所述碱金属原子冷却的跃迁能级作为冷却跃迁能级，冷却跃迁能级的上能级粒子跃迁到冷却跃迁能级的下能级时发出的光频率为冷却跃迁频率；所述冷却光的频率为相对于冷却跃迁频率红失谐的频率；从所述碱金属原子中选取一对能够提高所述碱金属原子冷却效率的跃迁能级作为重泵跃迁能级，重泵跃迁能级的上能级粒子跃迁到重泵跃迁能级的下能级时发出的光频率为重泵跃迁频率；所述重泵浦光的频率为重泵跃迁频率。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述泵浦光输入端上设有一透光区域，用于接收所述泵浦光源输入的泵浦光；所述长条形原子气室的侧壁上设有多个透光区域，用于接收所述冷却光和所述重泵浦光。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷却光的光强远大于所述重泵光的光强。

技术总结
本发明公开了一种基于漫反射冷却的长条形冷原子主动光钟及实现方法。本发明包括冷却激光源、重泵激光源、泵浦光源、长条形原子气室、输出腔镜、双色镜，根据主动光频标确定所述长条形原子气室内充入的碱金属原子，所述碱金属原子中的一目标跃迁能级与所述主动光频标对应；其中，所述长条形原子气室的表面喷涂对冷却光、重泵浦光高反的漫反射材料；所述长条形原子气室的一端作为泵浦光输入端，用于接收所述泵浦光源输入的泵浦光；所述长条形原子气室的另一端作为输出端；所述泵浦输入端镀膜，用于对所述主动光频标具有一定反射率，所述输出端后依次设置所述输出腔镜、双色镜；所述泵浦输入端与所述输出腔镜构成所述主动光频标的谐振腔。的谐振腔。的谐振腔。


技术研发人员：陈景标 史田田 张佳 关笑蕾
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2022/11/11