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鐘的研制為背景，結合噴泉鐘光學系統(tǒng)和電學系統(tǒng)小型化的要求，對激光穩(wěn)頻系統(tǒng)作了重要改進，實現(xiàn)了一種結合塞曼效應和飽和吸收技術的DFB激光器穩(wěn)頻方法。由于微波泄漏會引起頻移，本文還利用FPGA電路系統(tǒng)設計技術，研制了一套用于實現(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鐘，還需要一臺秒脈沖發(fā)生裝置，產生標準秒脈沖信號，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：
　　 第一部分結合塞曼效應與飽和吸收技術的DFB激光穩(wěn)頻系統(tǒng)的設計。
　　 首先從DFB激光器的原理出發(fā)，介紹了DFB和ECDL激光器，并對它們的結構特點進行了比較，從而了解DFB激光器的優(yōu)點。接著還介紹了原子超精細結構和銫原子的能級。激光器由于電流的噪聲和漂移、溫度的漂移等原因導致激光輸出頻率的起伏和漂移，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，對銫原子噴泉鐘的穩(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。
　　 塞曼效應和飽和吸收技術是激光穩(wěn)頻的兩種常用方法，但兩者各有優(yōu)缺點，本文實現(xiàn)了一種結合塞曼效應和飽和吸收技術的穩(wěn)頻方法，同時可以克服兩種方法各自的缺點，簡單并易于實現(xiàn)。
　　 論文詳細介紹了這種穩(wěn)頻方法的系統(tǒng)光路設計、系統(tǒng)電路設計和程序設計，最后實現(xiàn)閉環(huán)鎖定，并對實驗結果進行了分析。實驗表明系統(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能達到要求。由于商品DDS芯片頻率變換存在時延，并

5、且時延不固定，無法實現(xiàn)我們在原子鐘里所要求兩次切換頻率后具有相位不變性。本文設計了基于FPGA的具有相位不變性的DDS，給出了這種DDS設計和仿真，研制出的DDS裝置應用于噴泉鐘上，從實驗結果來看，微波泄漏頻移被抑制的同時，切換DDS輸出頻率引入的頻移遠小于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準秒脈沖發(fā)生裝置，重點介紹了秒脈沖發(fā)生裝置基于FPGA的實現(xiàn)原理和仿