利用正交偏振技术提高相干布居囚禁原子钟稳定度的研究

The physical package of the passive coherent population trapping (CPT) atomic frequency standard, since it is free of cavity, can be minimized into chip-scale. It has been drawing lots of attentions in the fields of GPS, underwater navigation,unmanned vehicles, etc. The project focused on improving frequency stability of the CPT atomic frequency standard, and We developed a method based on crossed polarizers to observe high-contrast CPT resonance. Based on the CPT and the Crossed Polarizers detection technology, the contrast of the transition signal of atomic clock is improved from 10% to about 100%. Therefore, the detection sensitivity and the signal-to-noise ratio are improved effectively which leads to improvement of the frequency stability of the atomic clock.

被动型相干布居囚禁(CPT)原子频标因无需微波腔，配合微型原子钟电路可实现芯片原子频标，在卫星导航、深空探测等各个领域越来越受到人们的青睐，但其稳定度性能稍逊于其它铷原子钟。本项目针对小型和微型CPT原子频标频率稳定度指标不高的缺陷，研究了改善CPT原子频标频率稳定度的办法，利用基于法拉第磁光旋转效应的正交偏振技术降低本底光噪声实现高对比度CPT共振信号探测，有效改善CPT共振信号质量，使得CPT原子钟的钟跃迁信号的对比度从传统探测方式的10％提高到接近100%。在不影响被动型CPT原子钟可微型化这一优势的前提下，实现高稳定度小型化CPT原子钟，具有广泛的市场前景和应用意义。

随着各种电子器件与系统朝着小型化发展，传统的原子钟在以往的应用领域也受到挑战。而相干布居数囚禁（Coherent Population Trapping，CPT）原理则给原子钟特别是被动型原子钟的小型化，甚至于微型化带来希望。本文即针对原子钟微型化的发展需求，以 CPT 原子钟系统实现为目标，在系统层面上对CPT 原子钟开展了系统建模、物理系统、电路系统以及系统制作等方面的研究。.首先在 CPT 原理物理机理的基础上，建立了CPT原子钟理论模型，利用该模型研究了不同实验参数对原子钟指标的影响，在此基础上完成了整个CPT 原子钟系统的构建，并将 CPT 原子钟系统划分为物理系统和电路系统两大部分。 随后对CPT原子钟的关键技术和实验器件进行了理论和实验研究，建立并优化了CPT 原子钟的实验装置。，并提出了设计方案。最后，针对被动型原子钟，研究了提高CPT原子钟共振信号的新方案，并获得了与传统方案相比对比度较高的共振信号，为被动型CPT原子钟的研究打下坚实的基础。