DFB激光新型穩(wěn)頻系統(tǒng)和相位不變性DDS的研制.pdf

1、本文以激光冷卻銫原子守時(shí)鐘的研制為背景，結(jié)合噴泉鐘光學(xué)系統(tǒng)和電學(xué)系統(tǒng)小型化的要求，對(duì)激光穩(wěn)頻系統(tǒng)作了重要改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)合塞曼效應(yīng)和飽和吸收技術(shù)的DFB激光器穩(wěn)頻方法。由于微波泄漏會(huì)引起頻移，本文還利用FPGA電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，研制了一套用于實(shí)現(xiàn)抑制原子噴泉鐘微波泄漏頻移的DDS裝置。銫噴泉鐘要成為真正意義上的守時(shí)鐘，還需要一臺(tái)秒脈沖發(fā)生裝置，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，本文還著重介紹了基于FPGA秒脈沖發(fā)生裝置的研制。
　　 本文共

2、分三大部分：
　　 第一部分結(jié)合塞曼效應(yīng)與飽和吸收技術(shù)的DFB激光穩(wěn)頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　 首先從DFB激光器的原理出發(fā)，介紹了DFB和ECDL激光器，并對(duì)它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了比較，從而了解DFB激光器的優(yōu)點(diǎn)。接著還介紹了原子超精細(xì)結(jié)構(gòu)和銫原子的能級(jí)。激光器由于電流的噪聲和漂移、溫度的漂移等原因?qū)е录す廨敵鲱l率的起伏和漂移，激光頻率的穩(wěn)定度直接影響原子冷卻、原子上拋和原子探測(cè)，對(duì)銫原子噴泉鐘的穩(wěn)定性和可靠性起著重要的作用。

3、所以要把DFB激光穩(wěn)定地鎖定在銫原子D2飽和吸收譜線上。
　　 塞曼效應(yīng)和飽和吸收技術(shù)是激光穩(wěn)頻的兩種常用方法，但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，本文實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)合塞曼效應(yīng)和飽和吸收技術(shù)的穩(wěn)頻方法，同時(shí)可以克服兩種方法各自的缺點(diǎn)，簡單并易于實(shí)現(xiàn)。
　　 論文詳細(xì)介紹了這種穩(wěn)頻方法的系統(tǒng)光路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)閉環(huán)鎖定，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)表明系統(tǒng)的激光頻率鎖定在銫原子D2飽和吸收譜線F=4→F’=4，5交叉線上

4、，頻率峰.峰（p-p）起伏約為1.6MHz，相對(duì)頻率起伏為4.5×10-9，滿足銫原子噴泉鐘的使用要求。
　　 第二部分用于抑制微波泄漏頻移的DDS研制。
　　 利用機(jī)械加工很難消除微波泄漏所引起的頻移，本文提出了一種利用頻率合成技術(shù)來抑制微波泄漏的方法。
　　 而這種頻率合成裝置需要頻率分辨率達(dá)到μHz，變換頻率相位要連續(xù)，通過比較采用直接數(shù)字式頻率合成器DDS能達(dá)到要求。由于商品DDS芯片頻率變換存在時(shí)延，并

5、且時(shí)延不固定，無法實(shí)現(xiàn)我們?cè)谠隅娎锼髢纱吻袚Q頻率后具有相位不變性。本文設(shè)計(jì)了基于FPGA的具有相位不變性的DDS，給出了這種DDS設(shè)計(jì)和仿真，研制出的DDS裝置應(yīng)用于噴泉鐘上，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，微波泄漏頻移被抑制的同時(shí)，切換DDS輸出頻率引入的頻移遠(yuǎn)小于2×10-16。
　　 第三部分基于FPGA的秒脈沖發(fā)生裝置的研制。
　　 研制了一種用于原子鐘標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖發(fā)生裝置，重點(diǎn)介紹了秒脈沖發(fā)生裝置基于FPGA的實(shí)現(xiàn)原理和仿