一种基于非标准矩形微波腔的铷频标腔泡系统

针对超薄型铷频标应用需求,本文研制了一种基于开槽管腔原理的非标准矩形微波腔.它的厚度仅为12 mm,仿真结果显示其微波场方向因子约为0.9.测量了基于该微波腔设计的腔泡系统的⁸⁷Rb原子双共振跃迁信号,并通过外推法得到铷原子吸收泡内双共振谱线的本征线宽约为452 Hz.在优化后的实验参数下,该腔泡系统散弹噪声对铷频标短期频率稳定度的限制可达到5.2×10^-13τ^-1/2.     

一种用于高性能铷频标的大尺寸开槽管微波腔的实现

铷原子频标的频率稳定度指标在很大程度上取决于物理系统所用微波腔的特性.本文设计了一款内径为40 mm的开槽管微波腔,并在此基础上实现了一款铷频标物理系统.计算和实验测量的微波腔内微波场的方向因子分别为0.87和0.91,表明微波场磁力线与量子化轴方向高度平行.测量了物理系统的鉴频斜率和散弹噪声,据此预计这种微波腔可满足设计稳定度优于2×10^-13τ^-1/2铷频标的需求.     

一种铷原子钟超高信噪比物理系统的研究

在卫星导航、深空探测等尖端技术应用的需求牵引下,谱灯抽运铷原子钟的性能有了很大提升,其短期频率稳定度已达到小系数10^-13τ^-1/2水平.为能进一步提高铷钟稳定度并探索铷钟性能指标极限,本文在前期对物理系统(Φ40微波腔)结构的重新设计及实验验证的基础上,通过对物理系统的光学系统全面优化设计,改善了光谱灯及抽运光的性能,最终使物理系统信噪比获得了明显提升.测试及分析评估结果表明,新设计的物理系统的散粒噪声对铷钟稳定度的贡献为4.2×10^-14τ^-1/2,本文的研究结果为今后铷钟短稳实现5×10^-14τ^-1/2、长稳突破1×10^-15进入～10^-16奠定了基础.     

一种用于高精度小型化铷频标的开槽管微波腔

针对小型化高精度铷原子频标应用需求,设计了体积为11 m L的小型化开槽管微波腔.实验测量了微波腔内微波场的方向因子,结果为0.83.利用该微波腔设计了小型化铷频标物理系统,形成了铷频标桌面系统.测试了系统的短期频率频率稳定度,结果优于2×10~(-12)/τ~(1/2),远高于一般商用小型化铷原子频标.     

CPT原子频标实验研究

介绍了相干布居囚禁（CPT）原子频标的小型、低功耗物理系统,并应用它开展实现了CPT原子频标的激光锁定、微波锁定方案的实验室研究.通过采用电流负反馈将激光频率锁定在原子对激光的吸收峰上,电压负反馈将微波频率锁定在电磁感应透明共振峰上,用该物理系统实现了闭环锁定的实验室桌面CPT频标实验系统.对该实验系统的频率稳定度测量获得200 s内优于5×10^-11τ^-1/2的结果. 关键词： CPT原子频标 频率稳定度 激光稳频     

一种新型铷原子频标腔泡系统的光频移研究

在自行研制的一种小型化微波腔的基础上,新近研制出采用分离滤光技术的气泡型铷频标腔泡系统. 研究该种腔泡系统的光频移特性,确定了该腔泡系统的零光频移和零温度系数点. 系统的光频移系数为7.2×10^-12/10 %. 零光频移温度为68 ℃,比传统的腔泡系统低5～10 ℃. 它不依赖于吸收泡参数,可以通过改变滤光泡参数进行调整,从而简化了参数优化过程.     

铷原子频标鉴频信号信噪比相关问题分析

频率稳定度是铷原子频标最重要的性能指标. 铷频标频率稳定度主要由原子鉴频信号的信噪比决定. 本文分析了微波腔的结构、铷光谱灯的光谱纯度和同位素滤光方案对信噪比的影响,指出采用模式优越、微波填充因子大的微波腔,光谱纯度高的铷光谱灯,用分离滤光方法进行同位素滤光,可以提高铷原子鉴频信号的信噪比,从而使铷频标的稳定度指标得到进一步改善.      

激光抽运铷原子频标实验研究

采用饱和吸收偏振稳频半导体激光器,建立了激光抽运铷频标实验系统. 实现了该系统的闭环锁定. 进行了频率稳定度的初步测试,短期稳定度为1.2×10^-11 τ^-1/2. 对测试结果进行了分析,并提出了相应的改进措施.     

一种微波倍频方案在小型化铷钟的应用

为了进一步实现铷原子钟的小型化,介绍了一种小型化铷钟微波倍频电路的设计及初步实现情况. 该倍频电路利用数字锁相环将晶体振荡器输出的10 MHz参考信号直接倍频至6 834.68XX MHz,并对该信号进行2FSK调制. 受调制的微波信号经过功率调整后馈入物理系统微波腔中,激励铷原子基态超精细能级跃迁. 这种微波调频倍频电路方案具有体积小,调试简单的特点. 将该电路用于小型化铷钟,初步测试结果表明,其短期频率稳定度可以达到1.8×10^-11τ^-1/2的水平.     

基于光纤的光学频率传递研究

随着光钟研究的发展, 光钟的稳定度和不确定度均达到10^-18量级. 通过光纤可以实现光钟频率信号的高精度传输, 有望用于未来“秒”定义的复现. 演示了百公里级实验室光纤上的光学频率传递. 对于在实验室70 km光纤盘上实现的光频传递, 光纤相位噪声抑制在1-250 Hz傅里叶频率范围内均接近于光纤延时极限, 对应传输稳定度(Allan偏差)为秒级稳定度1.2×10^-15, 10000 s稳定度为1.4×10^-18. 实验室100 km光纤的光频传递秒级稳定度也达到了5×10^-15. 提出了光纤噪声用户端补偿的方案, 可以简化星形传递网络中心站的复杂度. 在25 km光纤上演示了该传递方案, 实现的传输稳定度接近传统前置补偿传递方案.     

小型化氢脉泽原子储存时间设计

氢微波激射器（氢脉泽）采用原子储存泡对氢原子进行囚禁，在低损耗谐振腔内形成稳定的自持振荡.本文采用具备低腔频温度系数的介质加载谐振腔替换传统的腔-泡结构，实现了氢脉泽的小型化；并分析了这种小型化方案对频率稳定度和准确度的影响.原子储存时间设计值为0.4 s，闭环后的频率稳定度为5.6×10^-15/（1 000 s），与储存时间设计结果相吻合.     

积分球冷原子钟探测光功率自动稳定实验研究

建立了微瓦量级的激光功率自动稳定实验装置,通过自动反馈控制声光调制器的衍射效率,实现了激光功率的自动稳定。激光功率稳定后,激光相对强度噪声得到有效抑制,接近散弹噪声极限,激光功率的长期稳定度优于2×10-5(1000s)。推导了功率自动稳定系统的环路方程,分析了激光功率稳定环路对相对强度噪声的抑制作用。稳定后的激光应用于积分球冷原子钟的钟跃迁探测,对原子钟稳定度的影响小于1×10~(-13)τ-~(1/2),积分球原子钟的频率稳定度优于5×10~(-13)τ~(-1/2)(τ为取样时间)。     

短波碲镉汞光伏器件的低频噪声研究

对所研制的短波光伏碲镉汞器件进行了变温电流-电压特性和低频噪声研究，测试温度范围255—293K.实验结果表明随着温度的下降，器件的优值因子R₀A从45×10³Ωcm²增加到7×10⁴Ωcm².器件在低频区的主要噪 声成分是1/f噪声和产生-复合噪声，在高频区主要是散粒噪声.在测试的偏压内，器件的1/f噪声功率谱密度与流过器件的电流的平方成正比，器件的Hooge系数为3×10^-4—7×10^-4.从噪声 功率谱密度曲线分析中得到产生-复合噪声的特征时间常数τ，通过τ的温度特性得到了器件的深能级. 关键词： 碲镉汞 优值因子 低频噪声 深能级     

一种用于铷原子频标的小型化低噪声10 MHz晶体振荡器设计

本文设计了一种应用于铷原子频标的小型化低噪声石英晶体振荡器,其振荡电路采用柯尔匹兹并联形式和SC切晶体谐振器.基于Leeson模型对石英晶体振荡器相位噪声进行分析,并利用ADS射频仿真软件对振荡电路进行仿真模拟,为振荡器设计与调试提供指导.最终实现体积为22 mm×28.5 mm×13 mm低噪声晶体振荡器,它具有良好的相位噪声特性,其近端相噪为−102.7 dBc/Hz@1 Hz、远端相噪为−164.2 dBc/Hz@10 kHz,且实测短期频率稳定度为1.73×10⁻¹²/s.     

原子喷泉频标:原理与发展

介绍了喷泉频标的原理与发展.喷泉频标是一项近20年来发展起来的原子钟技术,它以激光冷却技术为基础,利用该技术实现了冷原子介质的俘获与上抛.冷原子介质在上抛下落过程中首先完成原子态制备,然后两次通过微波谐振腔实现Ramsey作用,在两次作用之间原子经历自由演化,最后原子经过探测区,通过双能级荧光探测法探测原子跃迁概率得到鉴频的Ramsey干涉条纹,并实现频率锁定,其中心条纹的线宽在1Hz左右.频率稳定度和频率不确定度是喷泉频标的两个重要指标.影响喷泉钟频率稳定度的因素主要有量子投影噪声和电子学噪声,目前喷泉钟的短期稳定度为(10~(-13)—10~(-14))τ~(-1/2),长期稳定度在(10~(-16)—10~(-17))量级.喷泉频标的频率不确定度主要受二阶塞曼频移、黑体辐射频移、冷原子碰撞频移以及与微波相关的频移等的影响.目前喷泉钟的不确定度在小的10~(-16)量级.作为基准频标,喷泉钟的工作介质主要是~(133)Cs,~(87)Rb.国际各大计量机构都研制了喷泉频标,它在各地协调世界时的建立、国际原子时的校准等方面发挥着越来越重要的作用.此外,喷泉频标还用于研究高精度时频基准和时间比对链路、验证基本物理理论等.     

基于微波相位补偿的56 km高精度光纤微波频率传递

报道了实验室内56 km光纤微波频率传递的实验研究,在56 km的传递距离上实现了1.8×10^-15/s,4×10^-18/10⁴s的传递稳定度。系统通过环回法比较往返传递的微波信号相位获得链路上的相位扰动量,并实时控制本地发射端的微波发射信号相位实现预补偿。在环回往返传递的不同方向上,系统方案采用不同频率的微波调制信号,这种方法极大避免了光寄生反射效应的影响,同时利用色散补偿光纤改善探测信号相噪等措施,提高了系统的传递稳定度。     

87Rb-Ar光谱灯光谱特性和滤光效果研究

通过超精细光谱测量,研究灯泡和滤光泡均充入氩气情形下,铷光谱灯的光谱特性和同位素滤光效果.研究结果表明,充氩气的铷光谱灯谱线轮廓存在一定程度的变形,为了减轻这种变形,谱灯的工作温度应适当降低.此外,滤光泡气压、长度和工作温度对滤光效果有显著影响.根据研究结果,优化了谱灯和滤光泡的设计参数和工作参数.将优化后的铷光谱灯和滤光泡用于铷原子频标,显著改善了短期频率稳定度.     

基于沉淀工艺制作四脚氧化锌纳米材料场致发射阴极的研究

采用沉淀法制备四脚氧化锌纳米材料场致发射阴极,将阴极和荧光屏封装起来抽真空并对屏施加电压,测试阴极的发射电流和荧光屏的发光亮度.利用沉淀法制备出面积为(13×15) cm²的阴极,测试结果表明,硅酸钾体积百分比在50×10^-3—83×10^-3范围,硝酸钡浓度在50×10^-4—77×10^-4 M范围,四脚氧化锌的浓度在82×10^-4—12×10^{-3关键词： 场致发射 沉淀法 显示屏亮度}     

Study of a low power dissipation, miniature laser-pumped rubidium frequency standard

This paper studies a miniature low power consumption laser-pumped atom vapour cell clock scheme. Pumping ⁸⁷Rb with a vertical cavity surface emitting laser diode pump and locking the laser frequency on a Doppler-broadened spectral line, it records a 5× 10^-11τ^-1/2 (τ <500~s) frequency stability with a table-top system in a primary experiment. The study reveals that the evaluated scheme is at the level of 2.7 watts power consumption, 90~cm³ volume and 10^-12τ ^-1/2 short-term frequency stability.     

基于调制器中置结构的光纤陀螺设计与分析

提出了一种基于新型相位调制器中置结构的光纤陀螺设计方案,通过新型相位调制器的空间非互易结构,不但从根本上克服了传统光纤陀螺调制频率受限于本征频率的缺点,还可对背向散射噪声和偏振耦合噪声起到抑制作用。理论分析和实验结果表明,该结构可以将背向散射光波引入的相位控制在10^-5量级,而且对偏振耦合噪声的抑制达到了5×10^-8（°）/Hz^1/2;此外,这种中置结构还可以改善陀螺仪的零偏稳定性,其零偏稳定性从0.11878 （°）/h提升至0.09110 （°）/h。本方案克服了当前光纤陀螺仪受本征频率影响的技术难题,为抑制噪声、提高精度提供了一种新的思路。