本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于原子干涉儀拉曼激光系統(tǒng)的微波頻率源裝置，包括恒溫晶振、鎖相環(huán)路PLL、壓控晶振、功率分配器、鎖相介質(zhì)振蕩器、低噪聲功率放大器、四倍頻器、直接數(shù)字合成器DDS、低噪聲功率放大器；壓控晶振通過鎖相環(huán)PLL鎖定到超低相位噪聲恒溫晶振上，然后通過功率分配器分為兩路；一路通過鎖相介質(zhì)振蕩器進(jìn)行頻率放大，通過功率放大器進(jìn)行功率放大；另外一路通過四倍頻器，然后通過DDS對(duì)頻率進(jìn)行變頻，通過功率放大器進(jìn)行功率放大；本發(fā)明專利技術(shù)采用直接數(shù)字頻率合成和取樣鎖相介質(zhì)振蕩器，有效降低了拉曼激光系統(tǒng)的相位噪聲；采用超低相位噪聲的晶振作為參考信號(hào)，減小了微波源的體積和功耗，提高了實(shí)用性和機(jī)動(dòng)性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種用于原子干涉儀拉曼激光系統(tǒng)的微波頻率源裝置
本專利技術(shù)屬于頻率源
，特別涉及一種用于原子干涉儀拉曼激光系統(tǒng)的微波頻率源裝置。
技術(shù)介紹
隨著激光操控原子技術(shù)和原子光學(xué)的逐漸成熟，原子干涉技術(shù)在原子傳感領(lǐng)域突飛猛進(jìn)，尤其是其靈敏度和精確度方面的優(yōu)勢(shì)，使得基于原子干涉技術(shù)的陀螺儀，加速度計(jì)，重力梯度儀等量子傳感器在慣性導(dǎo)航，油田礦藏探測，基礎(chǔ)科學(xué)研究等方面擁有巨大的應(yīng)用潛力。在原子干涉儀中，拉曼激光系統(tǒng)是原子分束、偏轉(zhuǎn)及合束的控制系統(tǒng)，由于原子與激光的相互作用，拉曼激光系統(tǒng)的性能會(huì)直接影響到原子干涉儀的精度和靈敏度等性能。微波頻率源作為拉曼激光系統(tǒng)中激光移頻的控制系統(tǒng)，其參數(shù)指標(biāo)對(duì)拉曼激光系統(tǒng)的性能具有決定性的作用，進(jìn)而影響原子干涉儀的性能，所以微波頻率源的配置方案尤為重要。 拉曼激光系統(tǒng)輸出兩束具有固定頻差的激光束，兩束激光的頻率差根據(jù)原子干涉儀中原子種類的不同而不同。為了保證拉曼激光系統(tǒng)的低相位噪聲性能，微波源應(yīng)該盡量選擇相位噪聲低的器件。目前通用的商業(yè)化微波信號(hào)發(fā)生器多數(shù)為寬帶信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍為從IkHz到十幾、二十幾GHz以上，這不可避免的造成其輸出信號(hào)相位噪聲性能不高，如果應(yīng)用到拉曼激光系統(tǒng)中，會(huì)限制拉曼激光系統(tǒng)的性能。另外，拉曼激光系統(tǒng)只需寬帶微波信號(hào)發(fā)生器輸出單點(diǎn)頻率，這大大降低了信號(hào)發(fā)生器的利用率，且信號(hào)發(fā)生器價(jià)格昂貴，體積和功耗較大，極大的降低了此方案的實(shí)用性和機(jī)動(dòng)性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決上述問題，提出了一種高性能的，并能通過輸出頻率的組合對(duì)應(yīng)原子躍遷頻率的單點(diǎn)微波源裝置，為拉曼激光系統(tǒng)提供激光移頻所需要的驅(qū)動(dòng)。 一種用于拉曼激光系統(tǒng)的微波頻率源裝置，包括恒溫晶振、鎖相環(huán)路、壓控晶振、功率分配器、鎖相介質(zhì)振蕩器、低噪聲功率放大器、四倍頻器、直接數(shù)字合成器、低噪聲功率放大器； 通過鎖相環(huán)將壓控晶振鎖定到恒溫晶振上，鎖定后的輸出信號(hào)通過功率分配器，將信號(hào)平均分為兩路，一路通過鎖相介質(zhì)振蕩器進(jìn)行頻率放大，然后再通過低噪聲功率放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大之后輸出，輸出頻率為7GHz，驅(qū)動(dòng)拉曼激光系統(tǒng)中的電光調(diào)制器，電光調(diào)制器對(duì)激光頻率進(jìn)行7GHz的移頻，形成激光A ; 另外一路首先通過四倍頻器進(jìn)行四倍頻，然后再通過直接數(shù)字合成器對(duì)頻率進(jìn)行變頻，然后通過低噪聲功率放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大之后輸出，輸出頻率為83MHz，驅(qū)動(dòng)拉曼激光系統(tǒng)中的聲光調(diào)制器，聲光調(diào)制器對(duì)激光進(jìn)行兩次83MHz的移頻，形成激光B ； 激光A、激光B的頻率差為6.834GHz ο 本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于: (I)本專利技術(shù)采用取樣鑒相方案，減小了倍頻過程中的相位噪聲惡化，降低了 7GHz輸出信號(hào)的相位噪聲； (2)本專利技術(shù)采用目前成熟的DDS技術(shù)，其有效分辨率可達(dá)到0.023Hz，輸出的83MHz信號(hào)可以精確到mHz ； (3)本專利技術(shù)組合出來的6.834GHz的頻率可以與原子躍遷頻率更加一致，且可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)微調(diào)； (4)本專利技術(shù)中微波源兩路信號(hào)采用同一超低相位噪聲參考源，這可以對(duì)消部分相位噪聲，從而降低拉曼激光系統(tǒng)的相位噪聲，提高拉曼激光系統(tǒng)的相干性； (5)相比于商用信號(hào)發(fā)生器，本專利技術(shù)減小了微波源的體積和功耗，在提高了其利用率的同時(shí)，提高了其實(shí)用性和機(jī)動(dòng)性。 【附圖說明】 圖1是本專利技術(shù)整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本專利技術(shù)取樣鎖相介質(zhì)振蕩器示意圖； 其中: I一超低相位噪聲的1MHz恒溫晶振 2—鎖相環(huán)路PLL 3 — 10MHz壓控晶振 4 一功率分配器5—鎖相介質(zhì)振蕩器 6—低噪聲功率放大器 8—直接數(shù)字合成器DDS9—低噪聲功率放大器10—取樣鑒相器SPD 11 一環(huán)路濾波器LF12—介質(zhì)振蕩器DRO 13—定向耦合器 【具體實(shí)施方式】 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 本專利技術(shù)是一種用于拉曼激光系統(tǒng)的微波頻率源裝置，如圖1所示，包括超低相位噪聲的1MHz恒溫晶振1、鎖相環(huán)路PLL2、10MHz壓控晶振3、功率分配器4、鎖相介質(zhì)振蕩器5、低噪聲功率放大器6、四倍頻器7、直接數(shù)字合成器DDS8、低噪聲功率放大器9。 通過鎖相環(huán)PLL2將10MHz的壓控晶振3鎖定到超低相位噪聲的1MHz的恒溫晶振I上，可以降低10Mz壓控晶振3的相位噪聲，提高頻率穩(wěn)定度。鎖定后的10MHz的輸出信號(hào)通過功率分配器4將10MHz的信號(hào)平均分為兩路，一路通過鎖相介質(zhì)振蕩器5進(jìn)行頻率放大，然后再通過低噪聲功率放大器6對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大之后輸出，另外一路首先通過四倍頻器7進(jìn)行四倍頻，然后再通過直接數(shù)字合成器DDS8對(duì)頻率進(jìn)行變頻，然后通過低噪聲功率放大器9對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大之后輸出。 鎖相介質(zhì)振蕩器5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，鎖相介質(zhì)振蕩器5包括取樣鑒相器10、環(huán)路濾波器11、介質(zhì)振蕩器12，經(jīng)過功率分配器4之后的一路信號(hào)通過取樣鑒相器10，倍頻之后與通過定向耦合器13反饋的信號(hào)進(jìn)行鑒相，鑒相后的信號(hào)為電壓信號(hào)，通過環(huán)路濾波器11進(jìn)行濾波，然后控制介質(zhì)振蕩器12的輸出頻率，介質(zhì)振蕩器的輸出頻率通過定向耦合器13分為兩路，一路輸出，一路作為反饋信號(hào)輸入到取樣鑒相器10中，通過閉環(huán)反饋，可以穩(wěn)定的輸出7GHz的信號(hào)。 通過功率分配器6和功率分配器9輸出的信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)拉曼激光系統(tǒng)中的光學(xué)調(diào)制器一聲光調(diào)制器和電光調(diào)制器，對(duì)兩束激光進(jìn)行移頻。其中由低噪聲功率放大器6進(jìn)行放大的信號(hào)輸出頻率為7GHz，驅(qū)動(dòng)拉曼激光系統(tǒng)中的電光調(diào)制器，對(duì)激光頻率進(jìn)行7GHz的移頻；由低噪聲功率放大器9進(jìn)行放大的信號(hào)輸出頻率為83MHz，驅(qū)動(dòng)拉曼激光系統(tǒng)中的聲光調(diào)制器，對(duì)另外一束激光頻率進(jìn)行83MHz的移頻，激光通過兩次聲光調(diào)制器，在對(duì)激光進(jìn)行兩次移頻之后，移頻達(dá)到166MHz。兩束激光的頻率差通過激光移頻之后為6.834GHz。由低噪聲功率放大器6和低噪聲功率放大器9輸出的兩路信號(hào)具有共同的參考源，得到的兩束信號(hào)相干性好，進(jìn)而提高了拉曼激光系統(tǒng)輸出的兩束拉曼光的相干性。 10MHz的壓控晶振3通過鎖相環(huán)路PLL2鎖定到超低相位噪聲的1MHz的恒溫晶振I上，應(yīng)用鎖相環(huán)原理進(jìn)行鎖定，提高了 10MHz輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定性，使得輸出的信號(hào)在近端和遠(yuǎn)端的相位噪聲都達(dá)到較低的水平。通過鎖相介質(zhì)振蕩器對(duì)一路信號(hào)進(jìn)行頻率放大，放大到7GHz，通過低噪聲功率放大器6之后為電光調(diào)制器提供有效驅(qū)動(dòng)。鎖相介質(zhì)振蕩器的原理是應(yīng)用取樣鎖相環(huán)技術(shù)，有效降低了頻率放大過程中的相位噪聲惡化程度。通過倍頻和直接數(shù)字頻率合成器DDS對(duì)信號(hào)進(jìn)行變頻到83MHz，通過低噪聲功率放大器9之后為聲光調(diào)制器提供有效驅(qū)動(dòng)。 本專利技術(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中采用的銣87原子，其超精細(xì)躍遷頻率為6.834GHz，采用頻率合成技術(shù)制作單點(diǎn)頻率源，一方面是因?yàn)閱吸c(diǎn)頻率源的性能較寬帶信號(hào)發(fā)生器的性能容易提高，無需外接龐大的原子鐘；另一方面，應(yīng)用頻率合成技術(shù)構(gòu)成的單點(diǎn)頻率源的成本較低，利用率更高，體積和功耗更小。在本專利技術(shù)中，為了提高單點(diǎn)頻率源的性能，采用取樣鎖相頻率合成技術(shù)和直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)；為了應(yīng)用于拉曼激光系統(tǒng)，提出一種新的微波源配置方案。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于拉曼激光系統(tǒng)的微波頻率源裝置，包括恒溫晶振、鎖相環(huán)路、壓控晶振、功率分配器、鎖相介質(zhì)振蕩器、低噪聲功率放大器、四倍頻器、直接數(shù)字合成器、低噪聲功率放大器；通過鎖相環(huán)將壓控晶振鎖定到恒溫晶振上，鎖定后的輸出信號(hào)通過功率分配器，將信號(hào)平均分為兩路，一路通過鎖相介質(zhì)振蕩器進(jìn)行頻率放大，然后再通過低噪聲功率放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大之后輸出，輸出頻率為7GHz，驅(qū)動(dòng)拉曼激光系統(tǒng)中的電光調(diào)制器，電光調(diào)制器對(duì)激光頻率進(jìn)行7GHz的移頻，形成激光A；另外一路首先通過四倍頻器進(jìn)行四倍頻，然后再通過直接數(shù)字合成器對(duì)頻率進(jìn)行變頻，然后通過低噪聲功率放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大之后輸出，輸出頻率為83MHz，驅(qū)動(dòng)拉曼激光系統(tǒng)中的聲光調(diào)制器，聲光調(diào)制器對(duì)激光進(jìn)行兩次83MHz的移頻，形成激光B；激光A、激光B的頻率差為6.834GHz。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于拉曼激光系統(tǒng)的微波頻率源裝置，包括恒溫晶振、鎖相環(huán)路、壓控晶振、功率分配器、鎖相介質(zhì)振蕩器、低噪聲功率放大器、四倍頻器、直接數(shù)字合成器、低噪聲功率放大器； 通過鎖相環(huán)將壓控晶振鎖定到恒溫晶振上，鎖定后的輸出信號(hào)通過功率分配器，將信號(hào)平均分為兩路，一路通過鎖相介質(zhì)振蕩器進(jìn)行頻率放大，然后再通過低噪聲功率放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大之后輸出，輸出頻率為7GHz，驅(qū)動(dòng)拉曼激光系統(tǒng)中的電光調(diào)制器，電光調(diào)制器對(duì)激光頻率進(jìn)行7GHz的移頻，形成激光A ； 另外一路首先通過四倍頻器進(jìn)行四倍頻，然后再通過直接數(shù)字合成器對(duì)頻率進(jìn)行變頻，然后通過低噪聲功率放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大之后輸出，輸出頻率為83MHz，驅(qū)動(dòng)拉曼激光系統(tǒng)中的聲光調(diào)制器，聲光調(diào)制器對(duì)激光進(jìn)行兩次8...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘雄，宋凝芳，李陽，王瑩瑩，徐小斌，路想想，劉紀(jì)勛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11
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