1.本发明涉及量子传感技术领域，特别是涉及一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速
射频序列产生装置。
背景技术：
2.冷原子干涉陀螺是一种基于物质波干涉和萨格奈克效应测量角速度的仪器。由于冷原子的德布罗意波长较光波波长更短且冷原子的运动速度远小于光速，在相同干涉环路面积情况下，冷原子干涉陀螺的理论灵敏度较光学陀螺高多个数量级。作为一种高精度测量仪器，冷原子干涉陀螺在广义相对论高精度检验等基础科学研究领域及惯性导航领域都有着重要的潜在应用价值。
3.在冷原子干涉陀螺测量载体角速度过程中，需要使用多路激光对原子进行冷却囚禁，对原子波包分束、反转和合束及在原子干涉完成后对原子末态进行探测等操作。在不同的操作阶段，需要使用不同的激光频率和功率。为了改变多路激光的频率等参数，通常将多路激光输入到多个声光调制器，通过改变多路输入声光调制器的射频信号的频率等参数来相应地改变多路输出声光调制器的激光的频率等参数。另外，在实验室环境下常用的使用多个商用射频装置产生多路射频信号的方式不利于冷原子干涉陀螺的集成化、小型化。因此，研制集成化多通道射频序列产生装置对于推动冷原子干涉陀螺的实际工程化应用具有重要意义。
4.现有一种公开的中国专利《用于冷原子干涉仪激光
时序控制的dds跳频装置》(公开号：cn 106647926 a，公开日期：2017.05.10)述及采用上位机通过arm芯片和cpld芯片控制dds芯片产生原子速度选择、微波混频及π/2、π、π/2拉曼脉冲所需要的射频信号。由于射频控制参数需要从上位机传递到arm芯片再从arm芯片传递到cpld芯片并最终传递到dds芯片内部
寄存器，导致在射频时序产生过程中频率切换存在微秒量级的延迟，而在冷原子干涉陀螺中最短的激光脉冲仅持续几微秒。另外，该专利技术仅能提供一个通道的射频信号。所以，该公开的专利技术不能很好地满足冷原子干涉陀螺所需。
5.另有一种公开的中国专利《一种八通道dds信号源板》(公开号：cn 101662301 a，公开日期：2010.03.03)述及采用fpga控制8片dds芯片产生8路射频信号。由于该专利对射频信号的调制模式仅包含单频模式和扫频模式，不能满足冷原子干涉陀螺对原子进行亚多普勒冷却时同步扫描射频频率和射频幅度的要求。
6.还有一种公开的中国专利《用于冷原子干涉仪激光输出控制的参考频率源装置及方法》(公开号：cn 110690641 a，公开日期：2020.01.14)利用fpga控制dds芯片实现了射频信号的定频输出、跳频输出以及扫频输出。一方面，该装置只能输出一个通道的射频信号。另一方面，只能从定频、跳频和扫频模式选择其中一种来调制输出的射频信号。然而，在原子的偏振梯度冷却过程中，不仅需要扫描射频频率还需要扫描射频幅度。所以，该专利提供的射频信号调制模式不能很好地满足冷原子干涉陀螺所需。
7.综上，现有公开的专利技术尚未解决多通道的在射频序列产生过程中可快速切换
频率的射频时序产生问题以及多通道的可同步扫描激光频率和幅度的射频时序产生问题。这些问题的解决有助于冷原子干涉陀螺的工程化应用。
技术实现要素：
8.本发明的目的在于克服现有技术存在射频信号通道数少、射频频率切换速度慢、无法同时扫描射频频率和幅度的缺点，解决了多通道的可快速切换频率的射频时序产生问题以及多通道的可同步扫描射频幅度和频率的射频时序产生问题，能够满足冷原子干涉陀螺对多通道射频时序产生所需。
9.本发明的上述目的通过以下技术手段实现：
10.一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，包括逻辑控制模块，还包括射频信号产生模块和拉曼光时序产生模块，逻辑控制模块包括fpga，
11.拉曼光时序产生模块用于保存拉曼光时序配置参数并将拉曼光时序配置参数转换成第一dds芯片的内部寄存器配置值，拉曼光时序的生成具体包括频率生成步骤和相位扫描步骤：
12.频率生成步骤：当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号的上升沿时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息调制射频信号f11，驱动aom关闭激光场并维持t11
时间，当t11时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生原子选态激光脉冲所需要的射频信号f12并维持t12时间，当t12时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t13时间，当t13时间定时结束时，使用第三个单频profile寄存器包含的频率信息产生π/2激光脉冲所需要的射频信号f13并维持t14时间，当t14时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t15时间，当t15时间定时结束时，使用第四个单频profile寄存器包含的频率信息产生π激光脉冲所需要的射频信号f14并维持t16时间，当t16时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t17时间，当t17时间定时结束时，使用第五个单频profile寄存器包含的频率信息产生第二个π/2激光脉冲所需要的射频信号f15并维持t18时间，上述t11时间～t18时间均为设定时间，分别由定时器进行定时，
13.相位扫描步骤：在上述t17定时结束时刻的前时间段将第一dds芯片的drctl管脚置1启动射频信号的相位扫描，其中，为相位步进，δt为与相位步进对应的步进时间，当经过n
×
δt时间后，将第一dds芯片的drhold管脚置1，其中n为相位步进次数，第一dds芯片产生的射频信号的相位值变为在t18时间段内第二个π/2激光脉冲的相位值变为当第二个π/2激光脉冲结束时，将第一dds芯片的drctl管脚和第一dds芯片的drhold管脚都置0，开始反向扫描第一dds芯片产生的射频信号的相位，当经过时间段后，第一dds芯片产生的射频信号的相位减至0弧度，重复频率生成步骤和相位扫描步骤，直到当第二个π/2激光脉冲逐步扫描完2π相位后，获得一个完整的干涉条纹。
14.一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，还包括二维冷却光时序产生模块(18)，二维冷却光时序产生模块(18)用于保存二维冷却光时序配置参数并将二维冷却光时序配置参数转换为第二dds芯片的内部寄存器配置值，
15.当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息产生二维冷却激光脉冲所需要的射频频率f21并维持t21时间，当定时器t21时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f22关闭激光场并维持t22时间，
16.上述t21时间～t22时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。
17.一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，还包括淬灭光时序产生模块，淬灭光时序产生模块用于保存淬灭光时序配置参数并将淬灭光时序配置参数转换为第三dds芯片的内部寄存器配置值，
18.当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f31关闭激光场并维持t31时间，当定时器t31时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生用于吹走经选态后处于非目标态的原子所需要的激光脉冲对应的射频信号f32并维持t32时间，当定时器t32时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t33时间，
19.上述t31时间～t33时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。
20.一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，还包括回泵光时序产生模块，回泵光时序产生模块用于保存回泵光时序配置参数并将回泵光时序配置参数转换为第四dds芯片的内部寄存器配置值，
21.当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f41并维持t41时间，用于在冷却囚禁原子阶段产生回泵光脉冲来形成循环跃迁，当定时器t41时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f42关闭激光场并维持t42时间，当定时器t42时间定时结束时，使用第三个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f43并维持t43时间，用于在原子干涉完成且经第一次探测之后，回泵原子以进行归一化探测，当定时器t43时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f42关闭激光场并维持t44时间，
22.上述t41时间～t44时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。
23.一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，还包括四路三维冷却光时序产生模块，四路三维冷却光时序产生模块用于保存四路三维冷却光时序配置参数并将四路三维冷却光时序配置参数分别转换为第五～八dds芯片的内部寄存器的配置值，第五～八dds芯片的内部寄存器均包括ram寄存器和六个ram profile寄存器，记六个ram profile寄存器分别为第一个ram profile寄存器～第六个ram profile寄存器，第一ram profile寄存器～第六ram profile寄存器存储的是对应的频率控制字在ram寄存器中存储的起始地址和终止地址，
24.当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号的上升沿时，使用第一个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f51并维持t51时间，用于装载原子，当定时器t51时间定时结束时，使用第二个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f52并维持t52时间，用于抛射原子，当定时器t52时间定时结束时，使用第三个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的多个频率点产
生射频信号f53并维持t53时间，逐步扫描射频频率并使用drg模式同步扫描射频幅度，用于对原子进行偏振梯度冷却，当定时器t53时间定时结束时，使用第四个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f54并维持t54时间，用于关闭激光场，当定时器t54时间定时结束时，使用第五个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f55并维持t55时间，用于原子干涉完成后原子布局数的第一次探测，当定时器t55时间定时结束时，使用第四个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f54并维持t56时间，用于关闭激光场，当定时器t56时间定时结束时，使用第六个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f56并维持t57时间，用于原子干涉完成后原子布局数的第二次探测，当定时器t57时间定时结束，使用第四个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f54并维持t58时间，用于关闭激光场，上述t51时间～t58时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。
25.本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
26.由于在干涉时序开始产生之前已经将原子干涉所需要的射频信息全部写入dds芯片的内部寄存器，因此克服了在干涉时序发生过程中需要对dds芯片重新配置才能改变射频信号参数的缺点，极大地提高了频率切换的速度；得益于dds芯片内部静态存储器可以存储多个频率点，可以满足偏振梯度冷却时序中连续多次切换频率的要求。同时，利用dds的drg模式可同时扫描射频幅度；另外，得益于fpga具有并行执行指令的能力，利用fpga控制8片dds芯片产生的8路射频信号具有很好的时间同步性。综上，本发明的特在于能同时输出8路可在约二百纳秒内完成频率快速切换的射频时序且可同步扫描射频频率和幅度，用于产生激光脉冲时序操控原子。
附图说明
27.图1是本发明的功能模块框图；
28.图2是本发明的拉曼光时序产生流程示意图；
29.图3是本发明的二维冷却光时序产生流程示意图；
30.图4是本发明的淬灭光时序产生流程示意图；
31.图5是本发明的回泵光时序产生流程示意图；
32.图6是本发明的三维冷却光时序产生流程示意图。
具体实施方式
33.为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
34.一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，包括逻辑控制模块06、逻辑控制电源模块11、射频信号产生模块07、射频信号产生电源模块12、时钟分配模块09、时钟分配电源模块10、usb转rs232模块05、三维冷却光时序产生模块15、拉曼光时序产生模块16、回泵光时序产生模块17、二维冷却光时序产生模块18、淬灭光时序产生模块19和外部触发信号上升沿检测模块20。
35.逻辑控制模块06：该模块包含一片fpga芯片，通过串行通讯接口可以对射频信号产生模块07中的dds芯片内部寄存器进行参数配置，并通过改变dds芯片的profile0～profile2管脚的状态来调制输出的射频信号。逻辑控制模块06还包含一个jtag程序下载口用于烧写fpga程序以及一片串行闪存芯片以便固化fpga程序。
36.逻辑控制电源模块11：外部输入12v电压04经过12v转5v dc/dc转换模块13转换为5v电压，再分别通过三片低压差稳压芯片转换为3.3v、2.5v及1.2v电压用于给逻辑控制模块提供工作电压。
37.射频信号产生模块07包含8片dds芯片(ad9910)，分别为第一dds芯片～第八dds芯片，每片dds芯片输出的互补电流信号经过对应的射频变压器转换为电压信号，再经过对应的低通滤波器及对应的功率放大器后经对应的sma射频接插件输出。其中四片dds芯片分别用于产生拉曼光时序、回泵光时序、二维冷却光时序和淬灭光时序。其余四片dds芯片用于产生四路相同的三维冷却光时序，结合使用反射镜及磁场形成三维磁光阱。
38.射频信号产生电源模块12输出6路供电电压用于给dds芯片提供工作电压。外部输入12v电压04经过12v转5v dc/dc转换模块13转换为5v电压，5v电压再分别经过射频信号产生电源模块12的两片低压差稳压芯片转换为3.3v数字电源及3.3v模拟电源用于给8片dds供电。dds芯片除了需要3.3v供电电压，还需要1.8v供电电压。外部输入12v电压04经过12v转3.3v dc/dc转换模块14转换为3.3v电压，再分别经过射频信号产生电源模块12的另外三片低压差稳压芯片产生三个1.8v模拟电源，分别给8片dds芯片的3号管脚、6号管脚以及89/92号管脚供电。每片dds芯片的1.8v数字电源由射频信号产生电源模块12的单独的低压差稳压芯片将12v转3.3v dc/dc转换模块14输出的3.3v电压转换为1.8v提供。
39.时钟分配模块09包括单端转差分信号芯片和时钟缓冲芯片。单端转差分信号芯片通过sma射频接插件接收外部输入的单端时钟信号03，经单端转差分信号芯片将输入的单端时钟信号03转换为lvds差分时钟信号以提高时钟信号的共模噪声抑制能力，再经时钟缓冲芯片输出9路lvds差分信号，其中8路lvds差分信号分别输入到射频信号产生模块07的8片dds芯片时钟输入引脚，另外1路lvds差分信号输入到逻辑控制模块06作为fpga的时钟基准。
40.时钟分配电源模块10利用低压差稳压芯片将12v转5v dc/dc转换模块13输出的5v电压转换为3.3v电压用于给单端转差分信号芯片以及时钟缓冲芯片提供工作电压。
41.usb转rs232模块05通过迷你usb母座及usb线缆与上位机01连接，使用usb-to-uart桥接芯片将usb信号转换为rs232信号，用于接收用户输入的射频信号参数信息。
42.拉曼光时序产生模块16用于保存拉曼光时序配置参数并将拉曼光时序配置参数转换成第一dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器～第五个单频profile寄存器)的配置值，拉曼光时序的生成包括频率生成步骤和相位扫描步骤，其中频率生成步骤包括：当电路板上电之后，将根据拉曼光时序产生模块16中的拉曼光时序配置参数对第一dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器～第五个单频profile寄存器)进行配置。当fpga检测到用户重新输入了新的拉曼光时序配置参数到拉曼光时序产生模块16时将重新配置第一块dds芯片的内部寄存器。第一块dds芯片的内部寄存器设置完成后，当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时(由外部触发信号上升沿检测模块20监测)，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息调制射频信号f11，驱动aom
关闭激光场并维持t11时间。当定时器t11时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生原子选态激光脉冲所需要的射频信号f12并维持t12时间。当定时器t12时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t13时间。当定时器t13时间定时结束时，使用第三个单频profile寄存器包含的频率信息产生π/2激光脉冲所需要的射频信号f13并维持t14时间。当定时器t14时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t15时间。当定时器t15时间定时结束时，使用第四个单频profile寄存器包含的频率信息产生π激光脉冲所需要的射频信号f14并维持t16时间。当定时器t16时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t17时间。当定时器t17时间定时结束时，使用第五个单频profile寄存器包含的频率信息产生第二个π/2激光脉冲所需要的射频信号f15并维持t18时间。当定时器t18时间定时结束时，重新检测用户是否输入了新的拉曼光配置参数。上述t11时间～t18时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。
43.二维冷却光时序产生模块18用于保存二维冷却光时序配置参数并将二维冷却光时序配置参数转换为第二dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器和第二个单频profile寄存器)的配置值。当电路板上电之后，将根据二维冷却光时序产生模块18中的二维冷却光时序配置参数配置第二dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器和第二个单频profile寄存器)。当fpga检测到用户重新输入了新的二维冷却光配置参数到二维冷却光时序产生模块18时将重新配置dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器和第二个单频profile寄存器)。当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时(由外部触发信号上升沿检测模块20监测)，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息产生二维冷却激光脉冲所需要的射频频率f21并维持t21时间。当定时器t21时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f22关闭激光场并维持t22时间。当定时器t22时间定时结束时，重新检测用户是否输入了新的二维冷却光配置参数。上述t21时间～t22时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。
44.淬灭光时序产生模块19用于保存淬灭光时序配置参数并将淬灭光时序配置参数转换为第三dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器和第二个单频profile寄存器)的配置值。当电路板上电之后，将根据淬灭光时序产生模块19中的淬灭光时序配置参数配置第三dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器和第二个单频profile寄存器)。当fgpa检测到用户重新输入了新的淬灭光配置参数到淬灭光时序产生模块19时将重新配置dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器和第二个单频profile寄存器)。当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时(由外部触发信号上升沿检测模块20监测)，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f31关闭激光场并维持t31时间。当定时器t31时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生用于吹走经选态后处于非目标态的原子所需要的激光脉冲对应的射频信号f32并维持t32时间。当定时器t32时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t33时间。当定时器t33时间定时结束时，重新检测用户是否输入了新的淬灭光配置参数。上述t31时间～t33时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。
45.回泵光时序产生模块17用于保存回泵光时序配置参数并将回泵光时序配置参数
转换为第四dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器～第三个单频profile寄存器)的配置值。当电路板上电之后，将根据回泵光时序产生模块17中的回泵光时序配置参数配置第四dds芯片的内部寄存器。当fpga检测到用户重新输入了新的回泵光配置参数时将重新配置dds芯片的内部寄存器(包括第一个单频profile寄存器～第三个单频profile寄存器)。当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时(由外部触发信号上升沿检测模块20监测)，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f41并维持t41时间，用于在冷却囚禁原子阶段产生回泵光脉冲来形成循环跃迁。当定时器t41时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f42关闭激光场并维持t42时间。当定时器t42时间定时结束时，使用第三个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f43并维持t43时间，以便在原子干涉完成且经第一次探测之后，回泵原子以进行归一化探测。当定时器t43时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f42关闭激光场并维持t44时间。当定时器t44时间定时结束时，重新检测用户是否输入了新的回泵光配置参数。上述t41时间～t44时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。
46.四路三维冷却光时序产生模块15用于保存四路三维冷却光时序配置参数并将四路三维冷却光时序配置参数分别转换为第五～八dds芯片的内部寄存器的配置值。不同于拉曼光、二维冷却光、淬灭光及回泵光时序产生模块使用dds的单频模式实现，三维冷却光时序产生模块使用dds的ram模式实现。在ram模式下，单频profile寄存器变为ram profile寄存器。由于dds芯片内部只有8个ram profile寄存器，因此可以将一个完整的射频波形至多分为8段波形。每一段射频波形对应的起始地址、终止地址及回放速度可以在对应的ram profile寄存器中进行设置。按照起始地址和终止地址的大小顺序，起始和终止地址所限定范围内的频率点将被依次写入到地址为0x16的内部静态存储器中。
47.当电路板上电时将使用四路三维冷却光时序产生模块15中的默认的三维冷却光时序配置参数分别配置第五～八dds芯片的内部寄存器，配置的第五～八dds芯片的内部寄存器均包括ram寄存器和六个ram profile寄存器，记六个ram profile寄存器分别为第一个ram profile寄存器～第六个ram profile寄存器，第一ram profile寄存器～第六ram profile寄存器存储的是对应的频率控制字在ram寄存器中存储的起始地址和终止地址。当用户重新输入了三维冷却光时序配置参数时，将重新配置第五～八dds芯片的内部寄存器。寄存器配置结束后，当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时(由外部触发信号上升沿检测模块20监测)，使用第一个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f51并维持t51时间，用于装载原子。当定时器t51时间定时结束时，使用第二个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f52并维持t52时间，用于抛射原子。当定时器t52时间定时结束时，使用第三个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的多个频率点产生射频信号f53并维持t53时间，逐步扫描射频频率并使用drg模式同步扫描射频幅度，用于对原子进行偏振梯度冷却。当定时器t53时间定时结束时，使用第四个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f54并维持t54时间，用于关闭激光场。当定时器t54时间定时结束时，使用第五个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f55并维持t55时间，用于原子干涉完成后原子布局数的第一次探测。当定时器t55时间定时结束时，使用
第四个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f54并维持t56时间，用于关闭激光场。当定时器t56时间定时结束时，使用第六个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f56并维持t57时间，用于原子干涉完成后原子布局数的第二次探测。当定时器t57时间定时结束，使用第四个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f54并维持t58时间，用于关闭激光场。当定时器t58时间定时结束时，重新检测用户是否输入了新的三维冷却光时序配置参数。
48.需要说明的是，拉曼光、二维冷却光、回泵光、淬灭光及三维冷却光时序产生在fpga内部是并发、同时执行的。同时，利用fpga及8片dds芯片研制的多通道射频时序产生装置具有集成化的特点。
49.在获得最终的原子干涉条纹时，不但需要在外部输入的射频时序产生触发信号02触发下多次切换第一dds芯片产生的射频信号的频率形成π/2-π-π/2激光脉冲而且每次被外部输入的触发信号触发时，第二个π/2激光脉冲对应的射频信号的相位值需要在前一次被触发时的相位值上增加一个相位步进值这样，在被外部输入的触发信号触发次时，第二个π/2激光脉冲对应的射频信号的相位值将从0弧度逐渐递增到2π弧度，获得一个完整的干涉条纹。需要说明的是，需要经过步进时间δt，才能完成相位增量的步进。
50.为了实现上述目的，在利用单频模式多次切换射频频率时，将同时利用drg模式的扫描暂停模式实现每次触发时第二个π/2激光脉冲对应的射频信号的相位值递增一个相位步进值具体地，相位扫描步骤包括：当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿(由逻辑控制模块接收，并由外部触发信号上升沿检测模块20识别)时，在t17定时结束时刻的前时间段将第一dds芯片的drctl管脚置1启动射频信号的相位扫描，其中，为相位步进，δt为与相位步进对应的步进时间。当经过n
×
δt时间后(假设此时fpga被外部输入触发信号触发第n次，)，将第一dds芯片的drhold管脚置1。此时，第一dds芯片产生的射频信号的相位值将变为n为相位步进次数，那么，在t18时间段内第二个π/2激光脉冲的相位值也将变为即实现fpga在被外部输入触发信号触发第n次时，第二个π/2激光脉冲相位值在fpga前一次被外部输入触发信号触发时的的基础上增加一个相位增量当第二个π/2激光脉冲结束时，将第一dds芯片的drctl管脚和第一dds芯片的drhold管脚都置0，开始反向扫描第一dds芯片产生的射频信号的相位。当经过时间段后，第一dds芯片产生的射频信号的相位将减至0弧度。这样，t11至t16以及时间段内第一dds芯片产生的射频信号的相位始终为0弧度。重复频率生成步骤和相位扫描步骤，直到当第二个π/2激光脉冲逐步扫描完2π相位后，获得一个完整的干涉条纹。
51.需要再次强调的是，由于在干涉时序开始前已经将射频时序信息写入到dds的内部寄存器，所以在干涉时序发生过程中，切换射频频率仅需要改变dds芯片的profile0～profile2管脚状态选择不同的profile寄存器即可。射频频率切换的延时仅由profile管脚上升或下降沿时间以及dds内部频率值改变到输出射频信号改变之间的延时所构成。这样，
在射频时序发生过程中不需要fpga通过串行通讯接口重新配置dds内部寄存器以改变射频频率。通过切换射频频率并实际测量相应激光光强的瞬间变化，得出射频频率切换能够在约二百纳秒内完成。
52.需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。
技术特征：
1.一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，包括逻辑控制模块(06)，其特征在于，还包括射频信号产生模块(07)和拉曼光时序产生模块(16)，逻辑控制模块(06)包括fpga，拉曼光时序产生模块(16)用于保存拉曼光时序配置参数并将拉曼光时序配置参数转换成第一dds芯片的内部寄存器配置值，拉曼光时序的生成具体包括频率生成步骤和相位扫描步骤：频率生成步骤：当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号(02)的上升沿时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息调制射频信号f11，驱动aom关闭激光场并维持t11时间，当t11时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生原子选态激光脉冲所需要的射频信号f12并维持t12时间，当t12时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t13时间，当t13时间定时结束时，使用第三个单频profile寄存器包含的频率信息产生π/2激光脉冲所需要的射频信号f13并维持t14时间，当t14时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t15时间，当t15时间定时结束时，使用第四个单频profile寄存器包含的频率信息产生π激光脉冲所需要的射频信号f14并维持t16时间，当t16时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t17时间，当t17时间定时结束时，使用第五个单频profile寄存器包含的频率信息产生第二个π/2激光脉冲所需要的射频信号f15并维持t18时间，上述t11时间～t18时间均为设定时间，分别由定时器进行定时，相位扫描步骤：在上述t17定时结束时刻的前时间段将第一dds芯片的drctl管脚置1启动射频信号的相位扫描，其中，为相位步进，δt为与相位步进对应的步进时间，当经过n
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δt时间后，将第一dds芯片的drhold管脚置1，其中n为相位步进次数，第一dds芯片产生的射频信号的相位值变为在t18时间段内第二个π/2激光脉冲的相位值变为当第二个π/2激光脉冲结束时，将第一dds芯片的drctl管脚和第一dds芯片的drhold管脚都置0，开始反向扫描第一dds芯片产生的射频信号的相位，当经过时间段后，第一dds芯片产生的射频信号的相位减至0弧度，重复频率生成步骤和相位扫描步骤，直到当第二个π/2激光脉冲逐步扫描完2π相位后，获得一个完整的干涉条纹。2.根据权利要求1所述一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，其特征在于，还包括二维冷却光时序产生模块(18)，二维冷却光时序产生模块(18)用于保存二维冷却光时序配置参数并将二维冷却光时序配置参数转换为第二dds芯片的内部寄存器配置值，当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息产生二维冷却激光脉冲所需要的射频频率f21并维持t21时间，当定时器t21时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f22关闭激光场并维持t22时间，上述t21时间～t22时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。3.根据权利要求1所述一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，其特征在于，还包括淬灭光时序产生模块(19)，淬灭光时序产生模块(19)用于保存淬灭光时
序配置参数并将淬灭光时序配置参数转换为第三dds芯片的内部寄存器配置值，当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f31关闭激光场并维持t31时间，当定时器t31时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生用于吹走经选态后处于非目标态的原子所需要的激光脉冲对应的射频信号f32并维持t32时间，当定时器t32时间定时结束时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息关闭激光场并维持t33时间，上述t31时间～t33时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。4.根据权利要求1所述一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，其特征在于，还包括回泵光时序产生模块(17)，回泵光时序产生模块(17)用于保存回泵光时序配置参数并将回泵光时序配置参数转换为第四dds芯片的内部寄存器配置值，当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时，使用第一个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f41并维持t41时间，用于在冷却囚禁原子阶段产生回泵光脉冲来形成循环跃迁，当定时器t41时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f42关闭激光场并维持t42时间，当定时器t42时间定时结束时，使用第三个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f43并维持t43时间，用于在原子干涉完成且经第一次探测之后，回泵原子以进行归一化探测，当定时器t43时间定时结束时，使用第二个单频profile寄存器包含的频率信息产生射频信号f42关闭激光场并维持t44时间，上述t41时间～t44时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。5.根据权利要求1所述一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，其特征在于，还包括四路三维冷却光时序产生模块(15)，四路三维冷却光时序产生模块(15)用于保存四路三维冷却光时序配置参数并将四路三维冷却光时序配置参数分别转换为第五～八dds芯片的内部寄存器的配置值，第五～八dds芯片的内部寄存器均包括ram寄存器和六个ram profile寄存器，记六个ram profile寄存器分别为第一个ram profile寄存器～第六个ram profile寄存器，第一ram profile寄存器～第六ram profile寄存器存储的是对应的频率控制字在ram寄存器中存储的起始地址和终止地址，当fpga检测到外部输入的射频时序产生触发信号02的上升沿时，使用第一个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f51并维持t51时间，用于装载原子，当定时器t51时间定时结束时，使用第二个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f52并维持t52时间，用于抛射原子，当定时器t52时间定时结束时，使用第三个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的多个频率点产生射频信号f53并维持t53时间，逐步扫描射频频率并使用drg模式同步扫描射频幅度，用于对原子进行偏振梯度冷却，当定时器t53时间定时结束时，使用第四个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f54并维持t54时间，用于关闭激光场，当定时器t54时间定时结束时，使用第五个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f55并维持t55时间，用于原子干涉完成后原子布局数的第一次探测，当定时器t55时间定时结束时，使用第四个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f54并维持t56时间，用于关闭激光场，当定时器t56时间定时结
束时，使用第六个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f56并维持t57时间，用于原子干涉完成后原子布局数的第二次探测，当定时器t57时间定时结束，使用第四个ram profile寄存器起始地址及终止地址范围内的频率点产生射频信号f54并维持t58时间，用于关闭激光场，上述t51时间～t58时间均为设定时间，分别由定时器进行定时。
技术总结
本发明公开了一种用于冷原子干涉陀螺的多通道快速射频序列产生装置，属于量子传感技术领域。包括逻辑控制模块、射频信号产生模块、时钟分配模块、USB转RS232模块、三维冷却光时序产生模块、拉曼光时序产生模块、回泵光时序产生模块、淬灭光时序产生模块及二维冷却光时序产生模块。通过将实现原子干涉所需要的射频信号信息全部写入DDS芯片内部寄存器，克服了在干涉时序发生过程中需要对DDS芯片重新配置才能改变射频信号参数的缺点，在约两百纳秒时间内可实现射频频率的快速切换。通过FPGA控制8片DDS芯片，实现8路射频信号输出。在利用DDS单频或RAM模式调制射频频率时，利用DRG模式可同时调制射频幅度或相位。同时调制射频幅度或相位。同时调制射频幅度或相位。
技术研发人员：
蒋敏 鲁思滨 李润兵 姚战伟 李少康 李杨 孙川 王谨 詹明生
受保护的技术使用者：
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院
技术研发日：
2022.10.11
技术公布日：
2022/12/30
