一种用于CPT原子频标的高性能解调电路

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1、2013年4月宇航计测技术Apr．'2013第33卷第2期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．33．No．2文章编号：1000—7202(2013)02—0071—04中图分类号：TM935．11文献标识码：A一种用于CPT原子频标的高性能解调电路张振伟张奕顾思洪(中国科学院原子频标重点实验室，武汉430071)摘要介绍了同步积分器和相敏检波器级联的解调电路及该电路在相干布居囚禁(CPT)原子频标中的应用。通过理论计算和先进设计系统软件进行的仿真表明，该解调电路具有很高的Q值和很好的抑制噪声能力，是一种可应用于C

2、PT原子频标的解调电路。对电路的测试结果证实，该电路能够从光检测信号中解调出高性能的用于激光频率稳频的多普勒吸收谱线的微分曲线和用于微波频率稳频的CPT谱线的微分曲线。关键词原子频率标准解调电路同步积分器相敏检波器AHigh-performanceDemodulationCircuitforCPTFrequencyStandardZHANGZhen··weiZHANGYiGUSi—-hong(KeyLaboratoryofAtomicFrequencyStandardsChineseAcademyofSciences，Wuhan430071)AbstractAdemod

3、ulationcircuitthatcascadingthesynchronousintegratorandthephasesensitivedetectoranditsapplicationintheCoherentPopulationTrapping(CPT)atomicfrequencystandardisin—troduced．Bytheoreticalcalculationandtheadvanceddesignsystemsoftwaresimulation，itisfoundthatthedemodulationcircuithashighQvaluean

4、dagoodnoisesuppressioncapabilityandcanbeappliedtoCPTatomicfrequencystandard．Bytestingofthecircuit，it’Sconfirmedthatthecircuitcandemodulatethelightdetectionsignalandprovidehigh--performancedifferentialcurveoftheDopplerabsorptionspec·-trumusedtolockthelaserfrequencyandthedifferentialcurveo

5、ftheCPTspectrumusedtolockthemi—CrowaVe．KeywordsAtomicfrequencystandardDemodulationcircuitSynchronousintegratorPhase—sensitivedetect071引Ej相干布居囚禁(CoherentPopulationTrapping，CPT)原子频标利用原子一激光的CPT共振谱线稳收稿日期：2012—08—31，修回日期：2012-10-08基金项目：国家自然科学基金资助项目(10927403)作者简介：张振伟(1987一)，男，硕士，主要研究方向：CPT原子频标

6、电路。定原子钟输出频率，是一种具有功耗低、体积小、启动快及可微型化等优点的新型原子频标，在信息通信领域具有广泛的应用前景H-3]。CPT原子频标由量子系统和电路系统组成，其中电路系统包含两个宇航计测技术2013焦基本伺服环路，分别使量子系统中激光频率锁定在多普勒吸收谱线中最大吸收峰中心对应频率上，微波频率锁定在CPT谱线中心对应频率上”。o。我们研制的CPT原子频标采用纵腔面发射激光器(VeaicalCavitySurface—EmittingLaser，VCSEL)为光源器件。VCSEL的驱动电流中叠加了微波，因此VCSEL输出的激光中就包含了与原子实现CPT共振的相

7、干双色光。为了实现频率锁定，需要对注人VCSEL的驱动电流和微波分别调制，同时利用相敏检测方法对量子系统的响应信号——光检测信号进行解调，依次得到原子对激光的多普勒吸收谱线的微分信号和原子与激光CPT共振谱线的微分信号，并将获得的微分信号作为激光频率和微波频率的纠偏信号分别对激光频率和微波频率实施负反馈控制，从而实现激光频率和微波频率的锁定。改善从光检测信号中解调出的纠偏信号的信噪比，可以提高量子系统的鉴频能力，从而提高CPT原子频标的稳定度口J。本文介绍了一种同步积分器与相敏检波器级联的解调电路以及对于该电路在改善光检测信号的信噪比方面