一种锁相环调频方法在铷原子频标中的应用

为了进一步实现铷原子频标小型化,分析了几种典型的锁相环调频电路及其特点,设计了一种锁相环二进制移频键控2FSK(binary frequency shift keying)调频方案,给出了调频信号的频谱测试结果。该调频方案已成功地应用在小型化数字式铷原子频标中,能够满足小型化铷原子频标的要求。     

相干布居囚禁现象用于原子频标

在Λ型三能级原子系统模型的基础上,采用半经典的密度矩阵方法分析了87Rb气体的相干布居囚禁现象。数值模拟结果显示,当两束相干激光频率差等于87Rb原子的两个基态超精细结构子能级频率差时,87Rb气体具有相干暗线和相干微波辐射的特性。它们可以作为相干布居囚禁原子频标的鉴频物理基础。最后简要分析了两种相干布居囚禁原子频标的各自特点和实验装置结构。     

铷原子频标微波高次倍频器的分析与设计

设计了一种采用阶跃恢复二极管来实现的、用于被动型铷原子频标的微波高次倍频器。调试结果表明:该倍频器的输入信号频率为90MHz;倍频次数为76;输出信号频率为6 840MHz;输出功率为-18.2dBm;对邻近谐波抑制度为28.75dB。该倍频器接入铷原子频标后,能实现闭环锁定,符合小型化铷原子频标的要求。     

CPT原子钟的微型原子泡加工工艺综述

原子泡是CPT（相干布居囚禁）原子钟物理部分的主体,对于微型原子钟而言,传统的吹玻璃法已不再适用,必须用新的技术和方法来设计加工原子泡。介绍了利用MEMS（微机电系统）技术结合吹玻璃法、空心光纤嵌套法和MEMS方法加工微型原子泡的工艺以及碱金属原子和缓冲气体的几种常见的注入方法。     

激光参量对CPT铷原子钟稳定度影响的数值分析

为具体分析激光参量对相干布居囚禁(CPT)原子钟的稳定度性能的影响,在(-型三能级原子系统模型的基础上,采用半经典密度矩阵方法,数值模拟计算了不同激光参量对CPT铷原子钟共振谱线信号的影响,并给出了比较分析.结果显示:两束激光强度的不对称对CPT钟信号强度的影响很大,而激光频率失谐对CPT钟信号影响较小;此外,当激光强度不对称与频率失谐同时存在时,荧光信号谱出现不对称,微波辐射信号发生频移.     

相干布居囚禁原子钟技术及其进展

分析了相干布居囚禁现象的基本原理,介绍了基于相干布居囚禁现象实现的两种原子钟实验装置的原理和结构,分析了各自的特点,并介绍了它们的研究进展以及应用前景。     

一种铷原子频标射频倍频单元的实现

讨论了射频倍频单元对汽泡型铷原子频标频率稳定度的影响,介绍了一种我们新研制的用于小型汽泡型铷原子频标的数字锁相倍频电路。将该数字锁相倍频电路接入铷原子频标系统后,闭环测得该频标系统的稳定度为σy（r=1s）≤3×10^-11,达到商用小型铷原子频标性能指标,而该倍频电路板的面积仅为原倍频电路板面积的1／2,功耗仅为原倍频电路的1／3。     

一种CPT频标小体积低功耗温控电路的研制

为满足小型、低功耗被动型相干布居囚禁（coherent population trapping,CPT）原子频标的需要,利用开关电源芯片设计并研制了一种基于电源芯片的温控电路。实验结果表明：与常用温控电路相比,该电路控温能力与其相当,功耗降低25％,体积减少一半。因此,该电路特别适合小型、低功耗CPT原子频标的需要,也为其他需要小型、低功耗温控电路的应用提供了一种可选方案。     

从CPT原子钟到光钟

简要介绍了新型CPT（Coherent population trapping，相干布局囚禁）原子频标及光频标的基本原理和研究进展。被动型CPT铷原子钟物理部分的目前体积可控制在100cm^3以内，功耗1W左右，其稳定度为4×10^-11τ^-1/2（τ为测量取样的时间间隔）。CPT原理的铯原子频标的物理部分体积减小到1cm^3，功率减小到30mW，稳定度为6×10^-10τ^-1/2，成为当今体积最小、功耗最低的原子钟。随着飞秒激光梳状发生器技术的发展，已将传统的谐波光频链的体积从几间实验室缩小到1．2×1．0m^2的光学平台上，它与光频测量技术的结合，使微波频标与光频标联系起来，建立了光钟，它的稳定性可以从现在的10^-16的水平提高到10^-18乃至10^-22水平，成为当前最精密的时间计量仪器。     

铷原子频标中微波功率频移的研究及其控制方法

针对铷原子频标中微波功率频移的传统解释与实验现象不相符合的矛盾，曾提出以ＡＣＺｅｅｍａｎ效应为核心的新解释．本文以实验检验了该解释，尤其是ＡＣＺｅｅｍａｎ效应频移公式的正确性，实验结果与理论相符合；最后探讨了控制微波功率频移的方法。     

一种可编程逻辑器件在原子钟频率综合电路中的应用

针对被动型铷原子频标电路模块中由三极管等数量众多的分立元件搭建的9倍选频放大模拟电路和种类繁多的集成电路搭建的5.3125 MHz综合器电路,给出了数字化电路解决方案。在此新方案中,通过使用一种复杂可编程逻辑器件对锁相环进行编程控制,可以实现对10 MHz参考信号18倍频的精确控制;同时,利用该复杂可编程逻辑器件内部"虚拟"的集成电路对10MHz参考信号进行分频变换可以得到5.3125MHz信号。实际使用证明,这种设计方案具备易于集成、调试简单的优点,在替换原有模拟倍频、综合器功能电路后,成功实现整机锁定,各项性能指标均达到或优于原有水平,使整机向数字化、小型化迈出重要的一步。     

铯原子喷泉钟低噪声频率综合器的研制

铯原子喷泉钟是现今的时间频率的基准,其中的频率综合器性能直接影响喷泉钟的稳定度性能.介绍了铯原子喷泉钟的低噪声频率综合器的设计和实现.对该频率综合器的测试表明,输出的9.2 GHz频率信号的相位噪声为-82 dB[Rad2/Hz]@offset1 Hz,满足设计要求.     

The Experiment and Analysis on VLBI Observations of Space Passive Hydrogen Maser

China plans to establish a lunar orbital VLBI (Very Long Baseline Interferometer) station around 2025, which will carry a space passive hydrogen maser as the time and frequency reference. Since it is the first time to use a space passive hydrogen maser for VLBI observation, its feasibility needs to be studied and verified. Therefore, we carried out VLBI observations using the space passive hydrogen maser as the frequency reference. In the experiment, the active hydrogen atomic clock and space passive hydrogen maser were used as the frequency standard, and the alternate VLBI observations of China’s Mars probe TW1 (Tianwen 1) were carried out using the 25 m radio telescope at Sheshan, Shanghai, and other VLBI stations. The results of data processing and analysis show that the standard deviation of VLBI residual group delay based on both active hydrogen atomic clock and space passive hydrogen maser are within 0.5 ns, which indicates that the space passive hydrogen maser can meet the accuracy requirements of VLBI measurement for deep space exploration, and verify its feasibility as the frequency standard of lunar orbital VLBI stations.     

星载氢钟VLBI观测实验及分析

中国计划于2025年左右建立月球轨道VLBI (Very Long Baseline Interferometer)测站,将会搭载被动型星载氢钟作为时间频率标准.由于是首次在VLBI观测中使用星载氢钟,需要研究和验证其可行性.因此,利用星载氢钟作为频率基准开展了VLBI观测.实验时,分别使用主动型地面氢钟和被动型星载氢钟作为频率基准,利用上海天文台佘山25 m射电望远镜和其他测站对我国火星探测器天问一号进行了交替VLBI观测.数据处理分析结果表明,基于地面氢钟与星载氢钟的VLBI残余群时延标准差均在0.5 ns以内,表明星载氢钟可满足深空探测VLBI测定轨的精度要求,验证了其作为月球VLBI测站频率基准的可行性.     

一种微型化铷原子钟

报道了一种微型化铷原子钟,它采用一种新型陶瓷填充微波腔来减小物理部分体积,其铷光谱灯采用升压电路以实现快速点亮,整机电子线路采用低电压技术,在国内首次对这类铷钟实现12V直流供电,并且首次对这类铷钟加入与外秒同步的功能。该铷原子钟体积为190mL,开机3min后可实现锁定,锁定后频率稳定度为1．5×10^-11／√τ（τ：1～1000s）,稳态功耗为5．5W。     

Research on the Methods of Performance Monitoring and Evaluation for Active Hydrogen Maserstwo

Active hydrogen maser is the main frequency standard for establishing and maintaining the time scale. It has the characteristics of high short-term stability and low phase noise. At present, it plays an increasingly important role in the international atomic time (TAI) and various local time scales. Firstly, in combination with the internal state parameters of an active hydrogen maser, the correlation between the internal state parameters and the comparison data of a hydrogen maser is analyzed, and a method for the performance monitoring of a hydrogen maser is proposed. Secondly, according to the characteristics of hydrogen maser performance, a method for evaluating the performance of a hydrogen maser is given. The hydrogen maser performance includes mainly two aspects, namely the frequency stability and predictability. The performances of two types of active hydrogen masers (CH1-75 and MHM-2010) are evaluated by this method. The correlation analysis of the atomic clock state parameters and comparison data shows that the state parameter monitoring can effectively predict the variation of the hydrogen maser performance. The evaluation results of atomic clock frequency stability and predictability show that the atomic clock with a higher medium-and-long term frequency stability has a better predictability. There are two methods for the predictability evaluation, one is based on the data published by BIPM (Bureau International des Poids et Measures), and another one is based on the quadratic model. Both methods are consistent with the weights published by BIPM. Therefore, the two methods can be used as a quantitative method to evaluate the predictability of a hydrogen maser.