cpt原子鐘
定義：
cpt原子鐘是利用原子的相干布局原理而實現(xiàn)的一種新型原子鐘，也是目前從原理上可實現(xiàn)微型化的原子鐘。
cpt:相干布居原理
相干布居:用兩相位差恒定的相干激光將原子基態(tài)的兩超精細能級耦合到一個共同的激發(fā)態(tài)，如果兩激光的頻率差嚴格等于原子兩超精細能級差對應的頻率，則原子會被抽運到兩個超精細能級的一個相干疊加態(tài)，即相干暗態(tài)，此時激發(fā)態(tài)上沒有原子，且原子將不再吸收光子，原子被布居在基態(tài)的兩超精細能級上，表現(xiàn)為其熒光光譜有一尖銳共振暗線。同時相干在兩個基態(tài)子能級上的原子系綜會產生宏觀磁偶極矩，并發(fā)生微波輻射，即產生相干微波輻射。
cpt原子鐘應用
體積小型化已經成為原子鐘在衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的重要標準.體積小型化，低成本和低功率消耗的頻標在很多便攜式電磁場應用中。溫度補償石英晶體振蕩器是一種小型化低功率低成本設備，由石英諧振器，變容二極管和振蕩電路加上溫度補償網(wǎng)路構成，補償網(wǎng)絡有熱敏電阻等組成，通過調節(jié)不同溫度下變容二級管的電壓來改變晶體的負載，從而調整晶體的頻率。石英諧振器受到外加交變電場的作用時會產生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，利用這種晶體諧振特性，就可以用石英諧振器取代lc諧振回路、濾波器等，由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點，被應用于家用電器中，但在一些民用導航和通信領域中還不足以滿足要求。最小的cpt原子鐘可為手表尺寸，并用紐扣電池供電同時在遠程通訊系統(tǒng)定時、大范圍通訊網(wǎng)絡同步、裝備的便攜化等軍、民應用方面具有很好的應用前景。例如，cpt頻標應用于gps接收機，可以顯著提高導航定位精度。
cpt原子鐘特點
氣態(tài)原子是原子鐘的，因為分立的能級受環(huán)境干擾比較小，而強堿原子的能量結構簡單，主要取決于單共價電子，由此原子鐘主要選擇氣態(tài)銣和銫原子。
光泵浦銣原子頻標的設備體積和封裝大小很大程度上受限于微波諧振腔大小，功率主要用來加熱銣氣室，一般需要幾百毫瓦的功率。為了降低功耗和降低原子鐘的體積就要用一個低功率激光器并去掉微波腔。之前提出的低噪音易使用的半導體激光管光鐘由于可靠性不高而不能商用。而單模852nm波段vcsel（銫d2線）帶有極大的調制帶寬，vcsel能將電微波信號從lo轉換成光拍信號，當vcsel入射電流被調制后，在調制頻率間隔光譜中光波載子周圍產生調制邊帶梳，因此vcsel的調制性質十分關鍵。為了與原子相互作用，vcsel的波長必須被調諧，使得一些邊帶與光學原子躍遷諧振。而且vcsel。philips 852nmvcsel激光器相位穩(wěn)定性，低運行功率，其實用性在cpt原子鐘中已經得到證實。大調制帶寬，和垂直出光設計使他們更適合小型，低功率mems器件，結合cpt光譜與mems微機電加工開發(fā)制造結合集成了芯片級原子鐘（chip-scaleatomic clock），其工藝制成體積，功耗比銣鐘小兩個量級的微型原子鐘，由此微型cpt鐘的應用將大幅度地擴展原子鐘的應用范圍。
芯片級原子鐘：
芯片級原子鐘構成：lo振蕩電路，集成封裝和控制電路。
集成封裝包括：帶有底部加熱的vcsel激光器（可選philips852nm 795nm vcsel），透鏡，1/4波長片，帶有底部加熱器的蒸氣池，磁偏移場（b）和光電探測器（pd）。
控制電路包括激光控制回路，氣池溫度控制，激光和局部振蕩頻率控制。
集成封裝結構圖：
(a)芯片級原子鐘
(b)集成封裝
(c)vcsel激光器
(d)光學封裝
(e)帶有加熱器的氣池
(f)光電探測器