Micro-fabrication process of vapor cells for chip-scale atomic clocks

As the key part of chip-scale atomic clocks(CSACs), the vapor cell directly determines the volume, stability,and power consumption of the CSAC. The reduction of the power consumption and CSAC volumes demands the manufacture of corresponding vapor cells. This overview presents the research development of vapor cells of the past few years and analyzes the shortages of the current preparation technology. By comparing several different vapor cell preparation methods, we successfully realized the micro-fabrication of vapor cells using anodic bonding and deep silicon etching. This cell fabrication method is simple and effective in avoiding weak bonding strengths caused by alkali metal volatilization during anodic bonding under high temperatures.Finally, the vapor cell D2 line was characterized via optical-absorption resonance. According to the results,the proposed method is suitable for CSAC.     

CPT原子钟垂直腔面发射激光器驱动电路设计

设计了一种输出电流范围在0~2 mA,用于驱动垂直腔面发射激光器(VCSEL)的恒流源电路。电路设计采用负反馈原理,可输出一个稳定的电压,该电压经过电压电流转化为恒定电流。为使输出电流更加稳定,在电路中加入现场可编程门阵列(FPGA)芯片EP4CE10F17C8组成控制电路。芯片通过采集负反馈的输出与预定值比较,得到误差量反馈到负反馈模块,调整负反馈电路的输入电压,从而使电路输出实现长期稳定。最后对电路输出性能进行测试,测试结果表明电流的纹波系数为0.01,电流稳定度为±0.02 mA。在驱动电流为1.2 mA、激光器工作温度为60℃时,用波长计测试激光器输出波长为795 nm,同时测得的吸收谱线也表明激光器输出波长在795 nm附近。因此,该恒流源电路可用于驱动VCSEL输出稳定波长。     

基于口令的安全用户认证模型

对基于口令的访问控制进行研究,应用DES,SHA-512和Diffe—Hellman密钥交换协议,提出一个基于口令的安全用户认证模型。此模型可以抵抗中间人攻击、重放攻击、字典攻击和拒绝服务攻击,同时还能提供完善向前保密。基于提出的安全用户认证模型应用HOOK技术,给出了一个基于C／S方式的原型实现。     

芯片原子钟MEMS原子气室数字温控系统设计

芯片原子钟(CSAC)可以提供精准的时间基准,具有较好的应用前景。利用微型PIC~?单片机和增量式比例-微分-积分(PID)算法设计了一种CSAC微电子机械系统(MEMS)原子气室数字温控系统,并通过磁控溅射方法制作了MEMS原子气室专用的氧化铟锡(ITO)加热玻璃。温度是影响CSAC稳定度的一个重要因素,解决了CSAC系统气室温控的加热不均匀问题,温控精度达到了0.10℃,达到了CSAC温控精度优于0.15℃的要求。通过饱和吸收光谱实验,获得了明显的饱和吸收谱线。实验结果为高性能CSAC的研究提供了参考。     

垂直腔面发射激光器的内调制特性

面向芯片原子钟(Chip Scale Atomic Clock,CSAC)的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)通过微波调制产生具有特定光频差的相干激光,与原子作用后的跃迁谱线频率作为参考标准,最终可获取高精度的频率信号。因此,垂直腔面发射激光器在芯片原子钟系统中至关重要。介绍了VCSEL激光器的内调制原理,搭建了其内调制特性实验测试平台,开展了激光器对射频调制响应特性研究,记录了激光器边带信号随着注入电流和射频输出功率的变化情况,并分析了射频调制对激光器边带信号的影响特性以及Bogatov现象引起的边带不对称现象。实验结果显示:当射频信号频率为3.41734 GHz,注入电流为1.2 mA,射频输出功率为3.5 dBm时,可获得优化的高频调制光谱,为芯片原子钟提供优质的光源。