【摘要】：銣原子頻標是應用最廣泛的一種傳統(tǒng)微波頻標,其發(fā)展方向為追求更低的功耗、更小的體積以及更高的穩(wěn)定度�，F(xiàn)有的商業(yè)銣鐘仍然存在功耗、體積較大等缺點,所以文章以降低功耗、減小體積為研究目的,針對銣原子頻標的光源和射頻鏈部分展開研究。針對光源部分,文中介紹了利用激光器替代光譜燈作抽運光源的優(yōu)點,研制了一種基于垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)進行銣原子抽運的相關控制電路,具體包括恒流源、溫控電路以及激光頻率的反饋控制的研制工作,電流波動和控溫精度均滿足設計要求,并且初步實現(xiàn)將激光頻率鎖定到銣原子D1線上。該方案與采用光譜燈作抽運光源相比,在體積、功耗方面均有所優(yōu)化。針對射頻鏈部分,文中介紹了一種利用鎖相環(huán)產生相位非連續(xù)且?guī)д{制的微波探尋信號的方案。利用單片機對時序進行合理控制,有效屏蔽調制信號頻率在跳變時引入的噪聲,另外對微波功率進行溫度補償控制,并測得整機閉環(huán)的穩(wěn)定度約為1.2×10-11/(?)(1s≤τ≤100s),該指標與原方案測得的指標相比并未發(fā)生惡化,滿足小型商業(yè)銣鐘的指標需求。另外該方案所用功耗僅為原方案的一半,而且產生的微波信號的功率可調范圍大,調節(jié)精度高。文中提出的改進方案能夠有效地降低結構的復雜程度,減小體積,并且減小功耗,為銣鐘的集成化、小型化發(fā)展提供基礎。
【圖文】：

ＶＣＳＥＬ邋全稱邋Ｖｅｒｔｉｃａｌ－Ｃａｖｉｔｙ邋Ｓｕｒｆａｃｅ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ邋Ｌａｓｅｒ，又譯為垂直腔面發(fā)射激逡逑光器，它是一種半導體激光器。顧名思義，它與邊緣射出的邊射型激光有所不逡逑同，它的激光是垂直腔面射出的。如圖２．１所示，ＶＣＳＥＬ是由頂部布拉格反射逡逑器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ邋Ｂｒａｇｇ邋Ｒｅｆｌｅｃｔｏ——Ｐ＿ＤＢＲ）、諧振腔和底部布拉格反射器（Ｎ—ＤＢＲ）逡逑三部分組成。逡逑ｌｉｇｈｔ邋ｏｕｔｐｕｔ逡逑\逡逑．．逡逑邐邐逡逑１１，１１，，，，邐ｍ，，；ｌｉ；邋ｉ＾ｎＳ邋？邋ｐ邋ｌ）ｌ３Ｒ逡逑１１１１１１１１１１１１１１邋Zf邋Ａｃｔｉｖｅ邋ｌａｙｅｒ逡逑■邐邐．逡逑ｎ＋邋ＧａＡｓ邋ｓｕｂｓｔｒａｔｅ邐逡逑圖２．１邋ＶＣＳＥＬ結構原理圖逡逑ＶＣＳＥＬ在工作時，首先工作物質會在泵浦源的激勵下發(fā)生粒子數(shù)反轉，然逡逑后經過由頂部和底部反射鏡共同組成的諧振腔，在激光器內放大和振蕩，最后逡逑集中在頂部反射鏡的中間不帶有氧化層的部分輸出，垂直腔面輸出的激光能夠逡逑６逡逑

圖２．２邋ＶＣＳＥＬ的封裝圖逡逑
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH714.14

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本文編號：2695932