CPT原子钟下VCSEL激光器锁定控制系统的深入研究与实现

本文主要探讨了基于CPT（Cold Atom Physics）原子钟的VCSEL（Vertical-Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器）激光器锁定控制系统的研究与实现。作者卢萌和陈永泰在研究中首先介绍了铷原子光谱饱和吸收法这一关键原理，这种方法利用原子对特定波长的光进行选择性吸收，当光通过铷原子时，部分光被吸收，剩余光的强度与原子的浓度成反比，从而形成一种特征吸收线。 在设计过程中，他们利用VCSEL激光器的发射波长与铷原子吸收线之间的关系，构建了锁频回路，这是一种精密的频率控制机制，旨在将VCSEL的发射频率稳定锁定在特定的原子共振频率上。这涉及到复杂的信号处理技术，包括信号解调，以便准确地捕捉并调整激光频率到所需的锁定状态。 文章还提供了光频稳定电路的整体模块图，详尽地解释了各个模块的功能，如信号检测、滤波、比较、控制等，这些模块协同工作确保了光频率的长期稳定。温度控制是影响光频稳定性的重要因素，因此，作者采用了TEC（Thermo-Electric Cooler，热电冷却器）半导体制冷器与PID（Proportional-Integral-Derivative，比例积分微分）控制算法的结合，实现了对环境温度的有效调控，以保证激光器性能的稳定性。 经过实验验证，该系统实现了光频锁定功能，并达到了预期的性能指标，对于CPT原子钟中VCSEL光源的实际应用具有重要的参考价值和实用意义。这篇论文深入研究了原子钟技术在光频稳定领域的具体应用，为提高光频稳定性的设备设计提供了理论支持和技术指导。