散弹噪声极限稳定度优于1×10-13τ-1/2的铷频标物理系统

近年来,铷原子频标研究取得长足进展,频率稳定度达到10^-13τ^-1/2量级.为进一步改善铷频标稳定度性能,本文设计了一种高信噪比物理系统.物理系统中的腔泡组件采用微波场磁力线与量子化轴方向高度平行的开槽管式微波腔,滤光泡和吸收泡独立控温.抽运光源采用了光学滤光和同位素滤光双重滤光方案.本文实测了背景光电流I₀和鉴频斜率K_d,结果分别为95 μA和7.7 nA/Hz,在此基础上计算物理系统的散弹噪声极限稳定度为7.5×10^-14τ^-1/2.研究结果表明,只要锁频环路的电子学噪声得到有效控制,铷频标的频率稳定度突破1×10^-13τ^-1/2,进入10^-14τ^-1/2量级是完全可能的.     

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.     

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.     

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.     

通过减小碰撞导致的退相干和谱线增宽提高光晶格钟稳定度

在⁸⁷Sr空间光晶格钟原理样机上实验观测了原子碰撞对谱线激发率抑制以及对谱线的展宽，并观测到由非弹性碰撞导致的原子损耗。通过简单地将原子数从6000减小至2000，实现了线宽为1.9 Hz的钟跃迁谱线，并将空间光晶格钟原理样机的稳定度提升至1×10^-15(τ/s)^-0.5。相关实验结果对研究光晶格的多体相互作用对钟跃迁谱线的影响具有重要意义。     

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.     

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.     

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.     

用于可搬运锶光钟二级冷却光源的研制

光钟在时间保持、精密测量、暗物质探测等方面有广泛的应用。可搬运光钟研制是光钟的重要方向，它是不同类型光钟比对以及引力红移测量的重要设备。研制用于冷原子制备的可搬运冷却光源是实现可搬运光钟研制的关键。本文主要介绍了可搬运锶光钟二级冷却光源的研制。首先，通过Pound-Drever-Hall稳频技术将半导体激光器锁定在超稳腔上，实现了用于锶光钟二级冷却的689 nm窄线宽稳频光源，其线宽优于263 Hz，频率秒稳定度优于1.56×10^-14。另外，利用注入锁定技术制备了两台同等性能的光源，分别用作二级冷却阶段的俘获光和匀化光。整个光学系统集成在一个0.56 m²的光学面包板，通过光纤与真空系统耦合，整体可搬运。利用该稳频光源，实验上制备了数目为2×10⁶，温度为5.3μK的二级冷却原子团，这为下一步进行光晶格原子装载和钟跃迁谱探测奠定了基础。     

冷原子气体的时频测量——光晶格原子钟

基于冷原子气体的时频测量在近20年里快速发展,引起了人们的广泛关注,其典型代表是基于大量中性原子的光晶格原子钟。利用超稳钟激光同时探测囚禁在光晶格里成千上万个冷原子的钟跃迁信号,光晶格原子钟已实现10^-18量级的频率准确度和10^-17量级的秒级稳定度,大幅度提高了时频测量的精度。文章概述了光晶格原子钟的发展历史、工作原理、性能评估及应用前景。     

冷原子气体的时频测量——光晶格原子钟

基于冷原子气体的时频测量在近20年里快速发展,引起了人们的广泛关注,其典型代表是基于大量中性原子的光晶格原子钟。利用超稳钟激光同时探测囚禁在光晶格里成千上万个冷原子的钟跃迁信号,光晶格原子钟已实现10^-18量级的频率准确度和10^-17量级的秒级稳定度,大幅度提高了时频测量的精度。文章概述了光晶格原子钟的发展历史、工作原理、性能评估及应用前景。     

脉冲光抽运铷原子钟的Ramsey信号特性研究

基于以小型化磁控管微波腔实现的脉冲光抽运铷原子钟,研究了自由演化时间对Ramsey信号特性的影响,讨论了横向弛豫时间对钟信号对比度的影响.该原子钟的自由演化时间为3ms时,Ramsey信号中心条纹的对比度为52%,散弹噪声极限优于1.7×10-14(τ=1s).利用Ramsey信号的对比度和吸收泡内的光密度,计算得到了原子钟内铷吸收泡的纵向和横向弛豫时间分别为1.95ms和2.45ms.本文研究为进一步提高脉冲光抽运铷原子钟的性能提供了重要依据.     

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.     

小型化锶光钟物理系统的研制

光钟物理系统的小型化是制约可搬运光钟及空间冷原子光钟发展的重要因素.主要介绍了小型化锶原子光钟物理系统的研制实验.采用真空腔内置反亥姆霍兹线圈,构建一个小电流、低功耗及小体积的磁光阱.实验中测得真空线圈通电电流仅为2 A时,磁光阱中心区域轴向磁场梯度可达到43 Gs/cm,完全满足锶原子多普勒冷却与俘获对磁场梯度的要求.目前已经成功将锶原子光钟物理系统体积缩小至60 cm×20 cm×15 cm,约为实验室原锶光钟物理系统体积的1/10,并且实现了锶原子的一级冷却,测得俘获区冷原子团的直径为1.5 mm,温度约为10.6 mK.锶同位素~(88)Sr和~(87)Sr的冷原子数目分别为1.6×10~6和1.5×10~5.重抽运激光707和679 nm的加入,消除了冷原子在~3P_2和~3P_0两能态上的堆积,最终可将冷原子数目提高5倍以上.     

一种新型掺铒碲酸盐玻璃的光谱性质研究

研究了一种新型掺Er³⁺碲酸盐玻璃的光谱性质；应用Judd-Ofelt理论计算了碲 酸盐玻璃中Er³⁺离子的强度参数Ω(Ω₂=479×10^-20 cm²,Ω₄= 152×10^-20cm²,Ω₆=066×10^-20cm2)，计算了离子的自发跃迁概 率，荧光分支比；应用McCumber理论计算了Er³⁺的受激发射截面(σ_{e=1040×1 0^-21cm²)，Er³⁺离子⁴I13/ 2→⁴I15/2发射谱的 荧光半高宽(FWHM=655nm)及各能级的荧光寿命(⁴I13/2 能级为τrad =399ms)；比较了不同基质玻璃以及不同类型碲酸盐玻璃中Er³⁺离子的光谱 特性， 结果表明该掺铒碲酸盐玻璃具有更好的光谱性能，更适合于掺Er³⁺光纤放大 器实现宽带和高增益放大. 关键词： 碲酸盐玻璃 光谱性质 Judd-Ofelt理论}     

Ga2S3-Sb2S3-Ag2S硫系玻璃和光纤的制备及性能研究

本工作确定了一种新型的Ga₂S₃-Sb₂S₃-Ag₂S硫系玻璃体系的玻璃形成区,研究了玻璃的热稳定性和光学性能、稀土离子掺杂玻璃的中红外发光特性以及玻璃的成纤性能,评估了该玻璃在中红外波段的应用潜力.实验结果表明,Ga₂S₃-Sb₂S₃-Ag₂S体系的玻璃形成区为～10%—30%Ga₂S₃,～60%—80%Sb₂S₃和～0—15%Ag₂S(均为摩尔分数);该玻璃具有较宽的红外透过范围(～0.8—13.5μm)、较高的线性折射率(～2.564—2.713@10μm)和较大的三阶非线性折射率(～9.7×10^-14—15.7×10^-14 cm²/W@1.55μm);使用1.32μm激光抽运,稀土离子Dy...     

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     

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}     

PHOTO-ACOUSTIC MEASUREMENTS OF WATER VAPOR ABSORPTION COEFFICIENT IN UV SPECTRAL REGION

Data on the absorption coefficient of H₂O in binary mixture with N₂ in UV region of spectra are presented. With the use of the high sensitivity photoacoustic spectrometer, the following values of the absorption coefficient were found: 2.3×10^-9cm^-1·Pa^-1(λ=255 nm), 0.9×10^-9 cm^-1·Pa^-1(λ=271 nm), and 1.6×10^-9cm^-1 ·Pa^-1(λ=289 nm).