基于MEMS原子气室的饱和吸收稳频系统研究

利用微机电系统(MEMS)制造工艺制备微型铷(Rb)原子气室,并应用于饱和吸收光谱和激光稳频。通过深反应离子刻蚀和阳极键合工艺,实现玻璃-硅-玻璃“三明治”结构三腔型原子气室。以780 nm波长的外腔半导体激光器作为饱和吸收光谱光源,搭建了基于MEMS Rb原子气室的饱和吸收光谱稳频桌面系统,实现了对MEMS气室控温加热,并分析了对不同温度、不同激光功率条件下的饱和吸收谱线。基于锁相放大器实现频率锁定,利用拍频方法对系统频率稳定度进行评估,实验结果表明:积分时间为1 s和100 s时的频率稳定度分别为2.7×10^(-11)和6.3×10^(-12)。

铷原子饱和吸收光谱与偏振光谱对780nm半导体激光器稳频的比较

将激光频率锁定于合适的参考频率,可以有效地抑制激光器的频率起伏。本文采用铷原子D2线超精细跃迁线的饱和吸收光谱和偏振光谱分别获得鉴频曲线,通过电子伺服系统将频率校正信号负反馈到780 nm光栅外腔反馈半导体激光器外腔的压电陶瓷上的方法对激光器进行稳频。介绍了两种方法的基本原理和实验方案。与激光器自由运转300s时激光器典型的频率起伏约6.6 MHz相比,采用饱和吸收光谱和偏振光谱进行稳频,运转300 s时激光器典型的残余频率起伏分别约为1.5 MHz和0.6 MHz。分析表明,饱和吸收光谱稳频采用了相敏检波技术,需要对激光器进行频率调制,带来了额外的频率噪声,而偏振光谱稳频则是一种完全无频率调制的稳频方案。

铷原子系综自旋噪声谱实验研究

自旋噪声谱是一种测量自旋涨落的光谱技术,由于无扰动的测量机制,其光谱信号非常微弱.本文基于含有一定压力的缓冲气体的天然丰度铷原子气室,搭建了无外磁干扰的铷原子系综自旋噪声谱测量装置,获得了微弱的铷原子系综自旋噪声谱信号,实现了对铷原子系综自旋特性的测量与表征.研究了探测光光强、频率失谐量、铷原子数密度等参数对自旋噪声谱信号的影响.自旋噪声谱信号的积分与探测光光强的平方成正比,光强会展宽自旋噪声谱的半高全宽.自旋噪声谱信号的积分依赖于探测光的失谐量,共振处呈现凹陷,这是由一定压力的缓冲气体的充入引起均匀展宽所导致.自旋噪声信号的积分与原子数密度的1/2次幂成正比.本研究有助于铷原子自旋噪声谱技术应用于磁场的精密测量等方面,也为高信噪比、小型化铷原子自旋噪声谱测量系统的研制提供了参考.

一种用于微小型铷原子频标的6.83 GHz谐振腔

研制了一种用于微小型铷原子频标的6.83 GHz微波谐振腔。对谐振腔内的电磁场、谐振频率与探针的关系进行了分析,并应用Ansoft HFSS软件进行填充介质的谐振腔进行了仿真分析。在此基础上对介质谐振腔进行设计与加工制造,测量出填充不同厚度的氧化铝陶瓷时谐振腔的谐振频率。结果表明,当矩形谐振腔取12 mm ×15 mm ×18 mm,填充5.66 mm厚的氧化铝陶瓷介质,介质谐振腔频率可达6.83 GHz,模式为TE101,谐振腔体积大幅减小至3.24 cm3, 是传统的未填充谐振腔体积的三分之一,同时电磁场分布均匀,适用于铷气室型微小型原子频标。