激光信号调制系统及CPTMaser原子钟的制作方法

本技术涉及原子频标，特别是涉及一种激光信号调制系统及cpt maser原子钟。

背景技术：

1、cpt(coherent population trapping，相干布居囚禁)原子频标为利用原子与相干激光相互作用所产生的一种量子干涉现象，而实现的一种新型原子频标，由于其体积小、功耗低而被广泛应用于各类时频系统中。cpt maser原子钟所能实现的频率稳定度相比被动型的cpt原子钟要高2～3个数量级，在对时间精度要求较高的场所具有非常重要的实用价值。根据cpt效应的基本原理，实现cpt原子钟需要对钟激光进行调制，以产生一对幅度相等、相位相反的±1级边带。±1级边带与铷原子的两个超精细能级相互作用后发生暗态效应，使用光电探测器探测到鉴频信号并进行频率稳定。在实际应用中受相位调制器调制后产生的激光边带幅度往往不相等，导致解调后幅度噪声转换为频率噪声，从而降低cpt原子钟的频率稳定度。

2、为了解决相位调制之后所产生的激光边带幅度不相等的问题，相关技术通常是通过一次调整相位调制器的参数来实现，例如可通过理论计算获得相位调制器最佳的调制深度，在系统运行的初始状态，观测调制产生的边带幅度的对称性，然后再进行手动调整相位调制器的调制深度。还可以通过控制相位调制器的温度，降低因温度漂移导致的边带幅度起伏。

3、但是，由于激光器及光路中的其他光学器件在受环境影响如温度和气流的波动、环境震动以及声波等时，均会导致激光边带的幅度起伏；且光路中存在的标准具效应也将降低边带幅度的对称性。相关技术单纯通过一次调制相位控制器的深度和温度并无法有效降低双边带幅度差。

4、鉴于此，如何有效降低双边带幅度差，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种激光信号调制系统及cpt maser原子钟，可有效降低双边带幅度差。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

3、本发明实施例一方面提供了一种激光信号调制系统，包括：光信号发射模块、双通移频模块、幅度噪声抑制模块及光信号调制模块；

4、所述双通移频模块，用于将所述光信号发射模块出射的原始光信号分为用于产生cpt效应的第一光束和第二光束，并对所述第二光束进行双次移频操作，得到移频光束；

5、所述幅度噪声抑制模块，用于获取经所述光信号调制模块调制后的光束和所述移频光束的合束光信号所对应转换的电信号，通过对所述电信号进行解调处理及差分放大处理，得到双边带幅度值的误差信号，同时基于所述误差信号反馈控制所述光信号调制模块在当前时刻的调制深度；

6、所述光信号调制模块，用于基于所述调制深度对所述第一光束进行实时调制，以产生幅度相等的双边带。

7、可选的，所述双通移频模块包括第一分束器、声光调制器、反射镜、1/4波片及信号发生器；

8、所述第一分束器，用于将所述原始光信号分束为所述第一光束和所述第二光束；

9、所述信号发生器，用于生成声光调制信号；所述声光调制信号用于所述声光调制器产生衍射光进行移频；

10、所述1/4波片设置在所述第一分束器和所述声光调制器之间；

11、所述反射镜，用于将经过所述1/4波片和所述声光调制器的第二光束的±1级衍射光原路返回；

12、所述声光调制器，用于对经过所述1/4波片的第二光束以及原路返回的±1级衍射光进行调制，得到移频量达到2ω的移频光束。

13、可选的，所述光信号调制模块包括电光调制器和第二信号发生器；

14、所述电光调制器，用于通过改变调制深度使所述第一光束集中在±1级边带上；

15、所述第二信号发生器，用于生成电光调制信号；所述电光调制信号用于所述电光调制器进行相位调制。

16、可选的，所述光信号发射模块包括中心波长为795nm，线宽小于100mhz的垂直表面发射激光器。

17、可选的，所述幅度噪声抑制模块包括拍频组件、解调组件、差分放大组件及控制器；

18、所述拍频组件，用于通过对调制后的光束和所述移频光束的合束光信号进行光电探测，得到携带幅度信息的微波段信号；

19、所述解调组件，用于将频率为ω的信号倍频后与频率为ω的信号混频，得到中心频率为ω-2ω和ω+2ω的解调信号，将各解调信号分别与所述微波段信号进行混频，得到双边带对应的直流电压变化信号；

20、所述差分放大组件，用于将所述直流电压变化信号进行差分放大处理，得到两个边带幅度值的误差信号；

21、所述控制器，用于基于所述误差信号调节所述光信号调制模块中的电光调制器的调制电压。

22、可选的，所述拍频组件包括45°反射镜、所述第二分束器和第一光电探测器；

23、所述第一光电探测器，用于对所述调制后的光束经所述45°反射镜和所述第二分束器的透射光，和所述移频光束经过所述第二分束器的合束光信号进行探测。

24、可选的，所述解调组件包括第一低通滤波器、功率分配器、第一带通滤波器、第二带通滤波器、混频器和倍频器；

25、所述第一低通滤波器，用于对所述微波段信号进行滤波处理，得到频率为2ω的载波，和两个中心频率为ω-2ω和ω+2ω的边带；

26、所述功率分配器，用于将经过低通滤波的微波段信号分为第一拍频信号和第二拍频信号；

27、所述第一带通滤波器的中心频率为ω-2ω，带宽为2ω，用于对所述第一拍频信号进行滤波处理，得到第一边带幅度信号；

28、所述第二带通滤波器的中心频率为ω+2ω，带宽为2ω，用于对所述第二拍频信号进行滤波处理，得到第二边带幅度信号；

29、所述倍频器，用于将频率为ω的信号进行倍频；

30、所述混频器，用于分别对中心频率相同的所述第一边带幅度信号和本地第一振荡信号、中心频率相同的所述第二边带幅度信号和本地第二振荡信号进行混频。

31、可选的，所述差分放大组件包括第三低通滤波器、第四低通滤波器和差分放大器；

32、所述第三低通滤波器，用于去除所述第一边带幅度信号和所述本地第一振荡信号的混频信号的高频噪声；

33、所述第四低通滤波器，用于去除所述第二边带幅度信号和所述本地第二振荡信号的混频信号的高频噪声；

34、所述差分放大器，用于对所述第三低通滤波器和所述第四低通滤波器的输出信号进行差分放大。

35、可选的，所述控制器包括放大器、pi控制电路、环路滤波器和压控振荡器；

36、所述放大器，用于对所述误差信号进行放大处理；

37、所述环路滤波器，用于对放大后的误差信号中的相位噪声进行滤除，并改变所述压控振荡器的输出频率；

38、所述pi控制电路，用于反馈调节电光调制器的调制电压以改变调制深度。

39、本发明实施例另一方面提供了一种cpt maser原子钟，包括如前任一项所述激光信号调制系统和cpt效应物理系统。

40、本技术提供的技术方案的优点在于，将两个边带移频至同一频率，并将光频信号频率转换到微波频段，获得双边带幅度对应的电压值，通过比较双边带的幅度差确定相应的误差信号，反馈调节调制器的调制深度即可获得最佳的调制深度，通过主动控制调制器的调制深度可实时降低边带幅度的不对称性，使得激光幅度噪声的降低具有实时性，抗环境干扰能力强，可稳定地获取幅度相等的双边带，进而可以有效提高cpt maser原子钟误差信号的信噪比，提高cpt maser原子钟的频率稳定度，尤其是短期稳定度。

41、此外，本发明实施例还针对激光信号调制系统提供了相应的应用系统即cptmaser原子钟，进一步使得所述系统更具有实用性，该cpt maser原子钟具有相应的优点。

42、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。