專利名稱：激勵原子躍遷裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計量技術(shù)，尤其涉及一種激勵原子躍遷裝置和方法。
背景技術(shù)：
實驗室型原子噴泉鐘是利用原子一對能級的躍遷譜線，使激勵原子躍遷的裝置產(chǎn)生與原子能級躍遷譜線中心頻率一致的激勵信號，激勵原子實現(xiàn)所需的能級躍遷，復(fù)現(xiàn)秒定義?，F(xiàn)有技術(shù)中，利用晶體振蕩器為參考源，通過鑒相、環(huán)路 濾波及相應(yīng)的分頻或倍頻技術(shù)，將壓控振蕩器鎖定在參考源上。但是，由于其運用晶體振蕩器為參考源，受晶體振蕩器本身技術(shù)指標(biāo)的限制，該方法產(chǎn)生的激勵原子躍遷的激勵信號的頻率穩(wěn)定度無法達(dá)到時間頻率基準(zhǔn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種激勵原子躍遷裝置和方法，用以提高激勵原子躍遷的激勵信號的頻率穩(wěn)定度。一方面，本發(fā)明提供一種激勵原子躍遷裝置，包括頻率源部、微波綜合部和原子激勵部；所述頻率源部用于產(chǎn)生長期穩(wěn)定的低頻信號；所述微波綜合部用于接收所述頻率源部的低頻信號，并結(jié)合所述微波綜合部產(chǎn)生的短期穩(wěn)定的低頻信號，產(chǎn)生用于激勵原子躍遷的激勵信號；所述原子激勵部用于接收所述激勵信號并激勵原子發(fā)生躍遷。另一方面，本發(fā)明提供一種激勵原子躍遷方法，包括產(chǎn)生長期穩(wěn)定和短期穩(wěn)定的中間控制信號；根據(jù)所述中間控制信號產(chǎn)生用于激勵原子躍遷的激勵信號。本發(fā)明提供的激勵原子躍遷裝置和方法，通過利用頻率源部產(chǎn)生的長期穩(wěn)定的低頻信號和微波綜合部產(chǎn)生的短期穩(wěn)定的低頻信號，實現(xiàn)產(chǎn)生具有長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度的激勵原子躍遷的激勵信號，提高了激勵原子躍遷的激勵信號的頻率穩(wěn)定度。


圖I為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例五的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例六的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例七的結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明激勵原子躍遷方法實施例一的流程圖；圖9為本發(fā)明激勵原子躍遷方法實施例二的流程圖。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，本發(fā)明實施例提供的激勵原子躍遷裝置包括頻率源部101、微波綜合部102和原子激勵部103。頻率源部101用于產(chǎn)生長期穩(wěn)定的低頻信號；微波綜合部102用于接收頻率源部101的低頻信號，并結(jié)合微波綜合部102產(chǎn)生的短期穩(wěn)定的低頻信號，產(chǎn)生用于激勵原子躍遷的激勵信號；原子激勵部103用于接收激勵信號并激勵原子發(fā)生躍遷。具體的，頻率源部101可以采用氫鐘等作為頻率源，以提供具有良好長期穩(wěn)定度的低頻信號；微波綜合部102接收頻率源部101的低頻信號，生成具有良好短期穩(wěn)定度的低·頻信號，且將該低頻信號的頻率鎖定到頻率源部101輸出信號的頻率，再進(jìn)一步的生成激勵原子躍遷的激勵信號，從而保證激勵信號的頻率具有長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度。本實施例中，通過利用頻率源部101產(chǎn)生的長期穩(wěn)定的低頻信號和微波綜合部102產(chǎn)生的短期穩(wěn)定的低頻信號，實現(xiàn)產(chǎn)生具有長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度的激勵原子躍遷的激勵信號，提高了激勵原子躍遷的激勵信號的頻率穩(wěn)定度。圖2為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明實施例提供的激勵原子躍遷裝置不僅包括頻率源部101、微波綜合部102和原子激勵部103，還包括誤差校準(zhǔn)部201。誤差校準(zhǔn)部201的輸入端與原子激勵部103連接，誤差校準(zhǔn)部201的輸出端與微波綜合部102連接。誤差校準(zhǔn)部201用于根據(jù)原子躍遷幾率計算微波綜合部102產(chǎn)生的激勵信號與原子諧振頻率之間的誤差值，并將誤差值反饋給微波綜合部102。具體的，誤差校準(zhǔn)部201根據(jù)原子躍遷幾率計算微波綜合部102產(chǎn)生的激勵信號與原子諧振頻率之間的誤差，并將誤差值反饋給微波綜合部102，微波綜合部102根據(jù)誤差校準(zhǔn)部201反饋的誤差值對輸出頻率進(jìn)行調(diào)整，從而保證微波綜合部102產(chǎn)生的原子躍遷激勵信號的精確度。本實施例中，微波綜合部102通過利用誤差校準(zhǔn)部201反饋的激勵信號與原子諧振頻率之間的誤差值，對產(chǎn)生的激勵信號進(jìn)行校準(zhǔn)，實現(xiàn)輸出激勵原子躍遷的精確頻率信號，提高了原子躍遷的準(zhǔn)確度。圖3為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，如上所述的激勵原子躍遷裝置，其中，微波綜合部102具體可以包括短穩(wěn)頻率單元301、第一頻率合成單元302、第二頻率合成單元303、第一混頻器304和頻率調(diào)理單元305。短穩(wěn)頻率單兀301的輸入纟而與頻率源部101的輸出纟而連接、短穩(wěn)頻率單兀301的輸出端與第一頻率合成單元302輸入端連接，第一頻率合成單元302、第二頻率合成單元303的輸出端與第一混頻器304輸入端連接，第一頻率合成單元302、第一混頻器304的輸出端與頻率調(diào)理單元305連接。短穩(wěn)頻率單元301用于產(chǎn)生短期穩(wěn)定的低頻信號，頻率源部101能夠保證短穩(wěn)頻率單元301產(chǎn)生的低頻信號長期穩(wěn)定；第一頻率合成單元302用于產(chǎn)生靠近所激勵原子的諧振頻率的激勵信號；第二頻率合成單元用于根據(jù)誤差校準(zhǔn)部201反饋的誤差信號產(chǎn)生頻率校準(zhǔn)信號；頻率調(diào)理單元305用于調(diào)理第一頻率合成單元302和第二頻率合成單元303的輸出信號，生成激勵原子躍遷的激勵信號。具體的，短穩(wěn)頻率單元301接收頻率源部101產(chǎn)生的具有長期穩(wěn)定度的低頻信號，并生成同頻率的具有短期穩(wěn)定度的低頻信號；第一頻率合成單元302利用短穩(wěn)頻率單元301輸出的低頻信號，產(chǎn)生接近所激勵原子的諧振頻率的激勵信號；第二頻率合成單元303根據(jù)誤差校準(zhǔn)部201輸出的反應(yīng)當(dāng)前激勵信號與原子諧振頻率誤差值的誤差信號，生成相應(yīng)的低頻調(diào)整信號，第一混頻器304將第一頻率合成單元302輸出的高頻信號和第二頻率合成單元303輸出的低頻調(diào)整信號進(jìn)行混頻處理，輸出到頻率調(diào)理單元305 ;頻率調(diào)理單元305將第一混頻器304輸出的高頻信號通過與第一頻率合成單元302輸出的調(diào)理控制信號進(jìn)行處理，生成最終的激勵原子躍遷的激勵信號。本實施例中，微波綜合部102通過將短穩(wěn)頻率單元301與頻率源部101相結(jié)合，為激勵原子躍遷裝置提供了具有長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度的頻率源信號，并進(jìn)一步的通過頻 率調(diào)理單元305對第一混頻器304輸出的高頻信號進(jìn)行調(diào)理，實現(xiàn)輸出具有較高穩(wěn)定度和精確度的激勵原子躍遷的激勵信號，提高了原子躍遷的準(zhǔn)確度。圖4為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，如上所述的激勵原子躍遷裝置，其中，短穩(wěn)頻率單元301包括依次連接的第二混頻器401、放大低通器402、低頻振蕩器403和第一分配放大器404。第一分配放大器404的輸出端與第二混頻器401輸入端連接，頻率源部101的輸出端與第二混頻器401輸入端連接；第一分配放大器404的輸出端與第一頻率合成單元302連接。第二混頻器401用于對頻率源部101和第一分配放大器404輸出的低頻信號進(jìn)行頻率混合，并檢測兩個低頻信號的頻率值偏差；放大低通器402用于將第二混頻器401輸出的頻率信號進(jìn)行功率放大并低通濾波；低頻振蕩器403用于產(chǎn)生短期穩(wěn)定的低頻信號，并根據(jù)放大低通器403輸出的信號進(jìn)行頻率微調(diào)；第一分配放大器404用于將低頻振蕩器403輸出的信號反饋給第二混頻器401，并輸出給第一頻率合成單元302。具體的，第二混頻器401將頻率源部101提供的低頻信號源與短穩(wěn)頻率單元301的輸出信號進(jìn)行混頻處理，得到兩個信號的頻率差值；放大低通器402將第二混頻器401輸出的頻率誤差信號放大和低通濾波后，作為控制信號輸出到低頻振蕩器403 ;低頻振蕩器403用來生成具有良好穩(wěn)定度的低頻信號，可以采用晶振來實現(xiàn)，并根據(jù)來自放大低通器402的控制信號對輸出信號頻率進(jìn)行微調(diào)，低頻振蕩器403輸出的低頻信號經(jīng)第一分配放大器404功率放大，一路反饋給第二混頻器401，一路輸出到微波綜合部102的第一頻率合成單元302。本實施例中，通過將短穩(wěn)頻率單元301輸出信號與頻率源部101輸出信號的頻率差值信號，經(jīng)低通放大后作為控制低頻振蕩器403的頻率調(diào)整信號，循環(huán)往復(fù)，實現(xiàn)將短穩(wěn)頻率單元301的輸出信號頻率鎖定到頻率源部101輸出信號的頻率，為激勵原子躍遷裝置提供了具有長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度的頻率源信號。圖5為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，如上所述的激勵原子躍遷裝置，其中，第一頻率合成單元302包括依次連接的倍頻器501、第二分配放大器502和高頻振蕩器503。
倍頻器501用于接收并放大第一分配放大器404輸出的低頻信號；第二分配放大器502用于將倍頻器501輸出的高頻信號分配給高頻振蕩器503和頻率調(diào)理單元305 ;高頻振蕩器503用于產(chǎn)生靠近原子諧振頻率的高頻信號。具體的，倍頻器501將來自短穩(wěn)頻率單元301的低頻信號倍頻到一個合適的高頻頻率，第二分配放大器502將來自倍頻器501的高頻信號一路輸出給微波綜合部102的頻率調(diào)理單元305，一路輸出給第一頻率合成單元302的高頻振蕩器503，高頻振蕩器503進(jìn)一步生成接近原子諧振頻率的高頻信號，后續(xù)經(jīng)頻率調(diào)理單元305調(diào)理后輸出激勵原子躍遷的激勵信號。本實施例中，通過將短穩(wěn)頻率單元301輸出的低頻信號倍頻到一個合適的高頻頻率，再經(jīng)第二分配放大器502的作用，一路經(jīng)高頻振蕩器503生成接近原子諧振頻率的高頻信號，一路作為頻率調(diào)理單元305的控制信號，實現(xiàn)輸出具有較高精確度的激勵原子躍遷 的激勵信號，提高了原子躍遷的準(zhǔn)確度。圖6為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例六的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，如上所述的激勵原子躍遷裝置，其中，第二頻率合成單元303包括頻率合成器601，頻率合成器601用于接收誤差校準(zhǔn)部的誤差信號并產(chǎn)生反應(yīng)誤差數(shù)值的頻率信號。具體的，第二頻率合成單元303主要由頻率合成器601組成，頻率合成器601根據(jù)誤差校準(zhǔn)部201反饋的激勵信號與原子諧振頻率之間的誤差值，生成可以反映該誤差數(shù)值的頻率信號。在實際應(yīng)用中，誤差校準(zhǔn)部201可以反饋給第二頻率合成單元303反應(yīng)激勵信號頻率與原子諧振頻率之間的誤差值的數(shù)字信號或者模擬信號，相應(yīng)的，頻率合成器601可以采用數(shù)字頻率合成器實現(xiàn)或者采用模擬電路實現(xiàn)。本實施例中，第二頻率合成單元303的頻率合成器601通過將誤差校準(zhǔn)部201反饋的激勵信號頻率與原子諧振頻率之間的誤差值轉(zhuǎn)換成反映該誤差數(shù)值的頻率信號，并進(jìn)一步的通過第一混頻器304對第一頻率合成單元302的輸出頻率進(jìn)行微調(diào)，實現(xiàn)根據(jù)誤差校準(zhǔn)部201輸出的誤差值對第一混頻器304的輸出頻率進(jìn)行調(diào)整，提高了微波綜合部102輸出的激勵原子躍遷的激勵信號的精確度。圖7為本發(fā)明激勵原子躍遷裝置實施例七的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，如上所述的激勵原子躍遷裝置，其中，頻率調(diào)理單元305包括兩路功分器701、功率衰減器702、信號合成器703、移相器704、PIN開關(guān)705和第三混頻器706。兩路功分器701的一路與功率衰減器702和信號合成器703依次連接，另一路功分器與移相器704和PIN開關(guān)705依次連接，PIN開關(guān)705與信號合成器703連接；第三混頻器706輸入端與第一混頻器304和信號合成器703的輸出端連接，第三混頻器706的輸出端與原子激勵部103的輸入端連接。兩路功分器701用于將第二分配放大器502輸出的信號進(jìn)行功率放大并分配給功率衰減器702和移向器704 ;功率衰減器702用于衰減接收的信號；移相器704用于對信號進(jìn)行移相；PIN開關(guān)705用于接收TTL電平，控制信號通道的開啟或關(guān)閉；信號合成器703用于合成功率衰減器702和PIN開關(guān)705輸出的信號。在激勵原子躍遷裝置的實際應(yīng)用中，由于原子激勵部103的每個工作周期內(nèi)，原子將兩次經(jīng)過微波激勵腔與微波發(fā)生作用，要求微波綜合部102可以在每個工作周期內(nèi)僅打開兩次，其余時間關(guān)閉，以減少微波泄漏的影響。
具體的，兩路功分器701將來自第一頻率合成單元302的倍頻信號進(jìn)行功率放大和分配，一路輸出到功率衰減器702，一路輸出到移相器704。功率衰減器702將來自兩路功分器701的信號衰減到信號合成器703的正常工作電壓，移相器704將來自兩路功分器701的頻率信號進(jìn)行移相，PIN開關(guān)705利用計算機機輸出的TTL(Transistor-TransistorLogic,晶體管-晶體管邏輯)電平實現(xiàn)控制射頻信號通道的開啟與關(guān)斷，信號合成器703將來自功率衰減器702和PIN開關(guān)705的信號進(jìn)行信號合成，當(dāng)PIN開關(guān)705合上時，調(diào)整移相器704,使信號合成器703兩端的輸入端信號抵消，無信號輸出，當(dāng)PIN開關(guān)705開啟時，移相器704端的信號被切斷,信號合成器703輸出未經(jīng)移相的頻率信號。第三混頻器706將來自第一混頻器304和信號合成器703的信號混頻，生成具有一致性相位特性的微波信號。本實施例中，通過利用頻率調(diào)理單元305生成微波干涉開關(guān)信號，避免了控制開關(guān)信號引起的附加相位，實現(xiàn)了原子躍遷激勵信號的一致性和穩(wěn)定性，提高了原子躍遷的準(zhǔn)確度。 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將結(jié)合圖7，以激勵9. 19GHz的銫原子躍遷為例介紹本發(fā)明激勵原子躍遷裝置的一個優(yōu)選實施例。激勵其它原子躍遷的情形與激勵銫原子躍遷的情形類似，因此本發(fā)明并不限制于此。在本實施例中，頻率源部101采用5MHz的氫鐘作為頻率源，低頻振蕩器403采用具有良好短期穩(wěn)定度的5MHz晶振來實現(xiàn)，并根據(jù)來自放大低通器402的控制信號對輸出頻率進(jìn)行微調(diào)。第二混頻器401將頻率源部101輸出的5MHz信號與短穩(wěn)頻率單元301中的第一分配放大器404輸出的5MHz信號進(jìn)行混頻以得到兩個信號的頻率差值。在通過放大低通器402的低通放大之后，作為頻率調(diào)整信號控制低頻振蕩器403的頻率生成的控制信號，周而復(fù)始，從而將短穩(wěn)頻率單元301生成的頻率信號鎖定到頻率源部101輸出信號的頻率,從而保證了所生成的頻率信號的長期和短期穩(wěn)定度特性。在本實施例中，倍頻器501采用了 20倍頻的方案。高頻振蕩器503采用了DRO(DR0,介質(zhì)諧振振蕩器)的技術(shù)方案，工作頻率為9. 3GHz，接近銫原子的躍遷頻率9. 19GHz ο倍頻器501將短穩(wěn)頻率單元301輸出的低頻信號20倍頻到100MHz，通過第二分配放大器502 —路輸出到頻率調(diào)理單元305，一路輸出到工作在9. 3GHz的高頻振蕩器503，高頻振蕩器503輸出頻率在9. 2GHz附近的高頻信號，接近銫原子的躍遷頻率9. 19GHz。在本實施例中，第二頻率合成單元303，采用了數(shù)字頻率合成器DDS的實現(xiàn)方案，該DDS工作在7. 368MHz。第一混頻器304將第一頻率合成單元302輸出的9. 3GHz高頻信號與第二頻率合成單元303輸出的7. 368230MHz低頻調(diào)整信號通過混頻，生成兩者頻率差值的高頻信號9292631770Hz，輸出到頻率調(diào)理單元305。頻率調(diào)理單元305對第一混頻器304輸出的高頻信號進(jìn)行調(diào)理后生成最終的原子躍遷激勵信號。本實施例中，兩路功分器701的輸入信號的頻率為100MHz，功分器第二輸出端(90度移相端)接射頻移相器704，射頻移相器704的壓控調(diào)相范圍是O度 220度，電壓調(diào)節(jié)范圍是0V 12V。100MHz的頻率信號移相后接PIN開關(guān)705后，與兩路功分器701第一輸出端經(jīng)信號合成器703輸出頻率為100MHz的信號。調(diào)節(jié)移相器704，使信號合成器703輸入兩端的100MHz信號相位相差180度，TTL電平控制PIN開關(guān)705從而控制移相器704的信號輸出。信號合成器703輸入端未移相端信號是連續(xù)輸出的,只是當(dāng)PIN開關(guān)705合上時,信號合成器703兩輸入端頻率為IOOMHz的信號相抵消,無信號輸出，從而信號合成器703與第一混頻器304經(jīng)第三混頻器706混頻后，輸出頻率為9292631770Hz的高頻信號，此信號頻率遠(yuǎn)離銫原子的躍遷頻率。當(dāng)PIN開關(guān)705打開,移相器704的信號被切斷,信號合成器703輸出未移相的IOOMHz的頻率信號，信號合成器703與第一混頻器304經(jīng)第三混頻器706混頻后，輸出頻率為9192631770Hz激勵銫原子躍遷的高頻信號。重復(fù)上述動作，可以看出，激勵原子躍遷裝置中的銫原子在原子激勵部103的每個工作周期內(nèi)，兩次經(jīng)過微波激勵腔與微波發(fā)生作用時感受到的激勵信號是未間斷的同一路信號，不存在相位擾動的問題。
本實施例中，激勵銫原子躍遷的裝置，通過第一頻率合成單元302對短穩(wěn)頻率單元301輸出的5MHz信號20倍頻為IOOMHz信號，再經(jīng)分配放大后產(chǎn)生兩路相互隔離的IOOMHz頻率信號，一路輸出作為9. 3GHz高頻振蕩器503的參考信號輸入，使高頻振蕩器503輸出標(biāo)準(zhǔn)的9. 3GHz頻率信號，再與第二頻率合成單元303輸出的7. 368MHz誤差調(diào)整信號混頻，第一混頻器304射頻端輸出的9. 292GHz信號，經(jīng)隔離放大后與頻率調(diào)理單元305輸出的信號混頻濾波后，得到精確的9. 192631770GHz的銫原子躍遷頻率信號。本實施例中各器件的參數(shù)都是根據(jù)本實例的9. 19GHz銫原子的激勵信號所作的優(yōu)化選擇。在激勵其它原子時，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)具體情況優(yōu)化選擇各器件的參數(shù)。圖8為本發(fā)明激勵原子躍遷方法實施例一的流程圖。如圖8所示，本實施例的方法可以包括S801、產(chǎn)生長期穩(wěn)定和短期穩(wěn)定的中間控制信號。具體的，可以采用氫鐘等作為頻率源，以提供具有良好長期穩(wěn)定度的低頻控制信號，進(jìn)一步的，可以利用具有長期穩(wěn)定性的低頻控制信號生成同頻率的具有短期穩(wěn)定度的低頻信號，其實現(xiàn)方式可以通過低頻振蕩器、混頻器等。S802、根據(jù)中間控制信號產(chǎn)生用于激勵原子躍遷的激勵信號。具體的，根據(jù)具有長期穩(wěn)定和短期穩(wěn)定的中間控制信號生成激勵原子躍遷的激勵信號，從而保證激勵信號的頻率具有長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度，其實現(xiàn)方式可以通過高頻振蕩器、混頻器等。本實施例中，通過利用具有長期穩(wěn)定度的低頻控制信號生成同頻率的具有短期穩(wěn)定度的低頻信號，實現(xiàn)產(chǎn)生具有長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度的激勵原子躍遷的激勵信號，提高了激勵原子躍遷的激勵信號的頻率穩(wěn)定度。圖9為本發(fā)明激勵原子躍遷方法實施例二的流程圖。如圖9所示，在圖8所示本發(fā)明激勵原子躍遷方法實施例一的基礎(chǔ)之上，激勵原子躍遷裝置還可以首先生成靠近原子諧振頻率的激勵信號，然后再進(jìn)一步的產(chǎn)生用于激勵原子躍遷的激勵信號，因此，在產(chǎn)生長期穩(wěn)定和短期穩(wěn)定的中間控制信號之后還還可以包括下述操作S901、生成靠近原子諧振頻率的激勵信號。具體的，根據(jù)具有長期穩(wěn)定和短期穩(wěn)定的中間控制信號，可以通過高頻振蕩器等實現(xiàn)方式生成靠近原子諧振頻率的激勵信號。S902、根據(jù)原子躍遷頻率的偏差生成用于調(diào)整激勵信號的調(diào)整信息。
具體的，可以根據(jù)原子躍遷幾率計算激勵信號頻率與原子諧振頻率之間的誤差，并根據(jù)誤差值生成調(diào)整激勵信號的調(diào)整信息。S903、根據(jù)調(diào)整信息對激勵原子躍遷的激勵信號進(jìn)行調(diào)理。具體的，可以通過反應(yīng)激勵信號頻率與原子諧振頻率誤差值的頻率信號對激勵信號進(jìn)行校準(zhǔn)，以產(chǎn)生具有良好穩(wěn)定度和精確度的激勵信號。本實施例中，通過具有長期穩(wěn)定和短期穩(wěn)定的中間控制信號生成靠近原子諧振頻率的激勵信號，再進(jìn)一步的對產(chǎn)生的激勵信號進(jìn)行校準(zhǔn)，實現(xiàn)輸出激勵原子躍遷的精確頻率信號，提高了原子躍遷的準(zhǔn)確度。最后應(yīng)說明的是以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案， 而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種激勵原子躍遷裝置，其特征在于，包括頻率源部、微波綜合部和原子激勵部； 所述頻率源部用于產(chǎn)生長期穩(wěn)定的低頻信號； 所述微波綜合部用于接收所述頻率源部的低頻信號，并結(jié)合所述微波綜合部產(chǎn)生的短期穩(wěn)定的低頻信號，產(chǎn)生用于激勵原子躍遷的激勵信號； 所述原子激勵部用于接收所述激勵信號并激勵原子發(fā)生躍遷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激勵原子躍遷裝置，其特征在于，所述激勵原子躍遷裝置還包括誤差校準(zhǔn)部，所述誤差校準(zhǔn)部的輸入端與所述原子激勵部連接，所述誤差校準(zhǔn)部的輸出端與所述微波綜合部連接； 所述誤差校準(zhǔn)部用于根據(jù)原子躍遷幾率計算所述微波綜合部產(chǎn)生的激勵信號與原子諧振頻率之間的誤差值，并將所述誤差值反饋給所述微波綜合部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激勵原子躍遷裝置，其特征在于，所述微波綜合部包括短穩(wěn)頻率單元、第一頻率合成單元、第二頻率合成單元、第一混頻器和頻率調(diào)理單元； 所述短穩(wěn)頻率單元的輸入端與所述頻率源部的輸出端連接、所述短穩(wěn)頻率單元的輸出端與所述第一頻率合成單元輸入端連接，所述第一頻率合成單元、第二頻率合成單元的輸出端與所述第一混頻器輸入端連接，所述第一頻率合成單元、第一混頻器的輸出端與所述頻率調(diào)理單元連接； 所述短穩(wěn)頻率單元用于產(chǎn)生短期穩(wěn)定的低頻信號，所述頻率源部能夠保證所述短穩(wěn)頻率單元產(chǎn)生的低頻信號長期穩(wěn)定； 所述第一頻率合成單元用于產(chǎn)生靠近所激勵原子的諧振頻率的激勵信號； 所述第二頻率合成單元用于根據(jù)所述誤差校準(zhǔn)部反饋的誤差信號產(chǎn)生頻率校準(zhǔn)信號; 所述頻率調(diào)理單元用于調(diào)理第一頻率合成單元和第二頻率合成單元的輸出信號，生成激勵原子躍遷的激勵信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激勵原子躍遷裝置，其特征在于，所述短穩(wěn)頻率單元包括依次連接的第二混頻器、放大低通器、低頻振蕩器和第一分配放大器；所述第一分配放大器的輸出端與所述第二混頻器輸入端連接，所述頻率源部的輸出端與所述第二混頻器輸入端連接；所述第一分配放大器的輸出端與所述第一頻率合成單元連接； 所述第二混頻器用于對所述頻率源部和第一分配放大器輸出的低頻信號進(jìn)行頻率混合，并檢測兩個低頻信號的頻率值偏差； 所述放大低通器用于將所述第二混頻器輸出的頻率信號進(jìn)行功率放大并低通濾波；所述低頻振蕩器用于產(chǎn)生短期穩(wěn)定的低頻信號，并根據(jù)所述放大低通器輸出的信號進(jìn)行頻率微調(diào)； 所述第一分配放大器用于將所述低頻振蕩器輸出的信號反饋給所述第二混頻器，并輸出給所述第一頻率合成單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激勵原子躍遷裝置，其特征在于，所述第一頻率合成單元包括依次連接的倍頻器、第二分配放大器和高頻振蕩器； 所述倍頻器用于接收并放大所述第一分配放大器輸出的低頻信號； 所述第二分配放大器用于將所述倍頻器輸出的高頻信號分配給高頻振蕩器和所述頻率調(diào)理單元；所述高頻振蕩器用于產(chǎn)生靠近原子諧振頻率的高頻信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激勵原子躍遷裝置，其特征在于，所述第二頻率合成單元包括頻率合成器； 所述頻率合成器用于接收所述誤差校準(zhǔn)部的誤差信號并產(chǎn)生反應(yīng)誤差數(shù)值的頻率信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激勵原子躍遷裝置，其特征在于，所述頻率調(diào)理單元包括兩路功分器、功率衰減器、信號合成器、移相器、PIN開關(guān)和第三混頻器； 一路功分器與所述功率衰減器和信號合成器依次連接，另一路功分器與所述移相器和PIN開關(guān)依次連接，所述PIN開關(guān)與所述信號合成器連接； 所述兩路功分器用于將所述第二分配放大器輸出的信號進(jìn)行功率放大并分配給所述 功率衰減器和移向器； 所述功率衰減器用于衰減接收的信號； 所述移相器用于對信號進(jìn)行移相； 所述PIN開關(guān)用于接收TTL電平，控制信號通道的開啟或關(guān)閉； 所述信號合成器用于合成所述功率衰減器和PIN開關(guān)輸出的信號； 所述第三混頻器輸入端與所述第一混頻器和信號合成器的輸出端連接，所述第三混頻器的輸出端與所述原子激勵部的輸入端連接。
8.—種激勵原子躍遷方法，其特征在于，包括 產(chǎn)生長期穩(wěn)定和短期穩(wěn)定的中間控制信號； 根據(jù)所述中間控制信號產(chǎn)生用于激勵原子躍遷的激勵信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激勵原子躍遷的方法，其特征在于， 所述產(chǎn)生長期穩(wěn)定和短期穩(wěn)定的中間控制信號之后還包括 生成靠近原子諧振頻率的激勵信號； 根據(jù)原子躍遷頻率的偏差生成用于調(diào)整所述激勵信號的調(diào)整信息； 根據(jù)所述調(diào)整信息對激勵原子躍遷的激勵信號進(jìn)行調(diào)理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激勵原子躍遷裝置和方法。裝置包括頻率源部、微波綜合部和原子激勵部；頻率源部用于產(chǎn)生長期穩(wěn)定的低頻信號；微波綜合部用于接收頻率源部的低頻信號，并結(jié)合微波綜合部產(chǎn)生的短期穩(wěn)定的低頻信號，產(chǎn)生用于激勵原子躍遷的激勵信號；原子激勵部用于接收激勵信號并激勵原子發(fā)生躍遷。本發(fā)明提供的激勵原子躍遷裝置和方法，可以提高激勵原子躍遷的激勵信號的頻率穩(wěn)定度。
文檔編號G04F5/14GK102957425SQ20121037779
公開日2013年3月6日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者劉年豐, 陳偉亮, 李天初, 林平衛(wèi), 房芳, 劉昆, 所睿 申請人:中國計量科學(xué)研究院