增厚DBR型894 nm窄线宽VCSEL

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作者 范屹梁 孙玉润 +3 位作者 付秋雪 于淑珍 仇伯仓 董建荣 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第5期449-454,共6页

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是芯片级原子钟(CSAC)的主流光源,其光束质量会影响CSAC的各项性能。扩展VCSEL内部有效腔长能够以压缩冷腔线宽的方式压窄器件最终辐射激光的线宽,从而可以减小CSAC短时间内的计时频率噪声。根据所计算的VCSE... 垂直腔面发射激光器(VCSEL)是芯片级原子钟(CSAC)的主流光源,其光束质量会影响CSAC的各项性能。扩展VCSEL内部有效腔长能够以压缩冷腔线宽的方式压窄器件最终辐射激光的线宽,从而可以减小CSAC短时间内的计时频率噪声。根据所计算的VCSEL表面反射谱,将VCSEL中4层下分布式布拉格反射镜(DBR)的厚度由常规的四分之一波长增加至404 nm,压缩了VCSEL冷腔线宽,并生长了对应的外延结构,制备了通过增厚DBR扩展有效腔长的894 nm窄线宽VCSEL。测试结果表明,研制的VCSEL在90℃下波长为893.1 nm,功率为0.335 mW,线宽约为32 MHz,且具有稳定的偏振特性。 展开更多

关键词 垂直腔面发射激光器(VCSEL) 芯片级原子钟(csac) 有效腔长 分布式布拉格反射镜(DBR) 线宽

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表面菱形孔795 nm VCSEL的偏振特性

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作者 付秋雪 孙玉润 +3 位作者 于淑珍 范屹梁 仇伯仓 董建荣 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第7期609-617,共9页

795 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为铷基芯片级原子钟(Rb-CSAC)的光源,其输出光的偏振不稳定会降低Rb-CSAC的稳定度和精确度。为了满足Rb-CSAC对795 nm VCSEL偏振稳定的需求,设计了一种具有表面菱形孔的偏振稳定的795 nm VCSEL。通过... 795 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为铷基芯片级原子钟(Rb-CSAC)的光源,其输出光的偏振不稳定会降低Rb-CSAC的稳定度和精确度。为了满足Rb-CSAC对795 nm VCSEL偏振稳定的需求,设计了一种具有表面菱形孔的偏振稳定的795 nm VCSEL。通过有限时域差分(FDTD)法计算了VCSEL的偏振特性,结果表明VCSEL的顶部分布式布拉格反射镜(DBR)在表面菱形孔的长轴和短轴方向具有不同的反射率。反射率高的偏振模式阈值增益低,成为VCSEL优先激射的主导偏振模式。为进一步提高VCSEL的偏振抑制比(OPSR),将VCSEL的氧化孔制作成尺寸为5.5μm×4.1μm的菱形。对不同长、短轴的表面菱形孔795 nm VCSEL进行偏振测试,结果表明,当表面菱形孔的尺寸为4μm×6μm,且菱形氧化孔的长轴与表面菱形孔的长轴相互垂直时,VCSEL的OPSR可达到16.22 dB。 展开更多

关键词 垂直腔面发射激光器(VCSEL) 表面菱形孔 偏振控制 芯片级原子钟(csac) 分布式布拉格反射镜(DBR)

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芯片级原子钟辅助的惯性/卫星组合导航系统欺骗检测方法 被引量：17

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作者 刘洋 李四海 +1 位作者 付强文 周琪 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期654-660,共7页

商业化芯片级原子钟产品的出现,使其在惯性/卫星组合导航系统中的应用成为可能。针对卫星导航欺骗信号检测,提出利用芯片级原子钟高精度时间保持能力,从时间维度进行欺骗检测的方法。首先,介绍了芯片级原子钟的基本特点和时间保持能力,... 商业化芯片级原子钟产品的出现,使其在惯性/卫星组合导航系统中的应用成为可能。针对卫星导航欺骗信号检测,提出利用芯片级原子钟高精度时间保持能力,从时间维度进行欺骗检测的方法。首先,介绍了芯片级原子钟的基本特点和时间保持能力,然后通过分析欺骗干扰对接收机时间的影响,针对先压制后欺骗的典型模式,基于真实信号和欺骗信号下的钟差预测误差分布,构造了芯片级原子钟辅助的欺骗检测模型。实测数据表明,芯片级原子钟的钟差预测精度高出接收机内部时钟精度一个数量级以上。通过检测概率分析,证明了芯片级原子钟在卫星欺骗检测上的优异性能。 展开更多

关键词 芯片级原子钟 卫星导航 组合导航 欺骗检测

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一种微型化制造的双腔结构芯片原子钟^(87)Rb蒸汽腔(英文) 被引量：5

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作者 李绍良 徐静 +1 位作者 张志强 吴亚明 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期1463-1468,共6页

碱金属蒸汽腔是芯片原子钟(CSACs)中重要的核心部件之一,其微型化制造具有重要的实用价值,同时也非常具有挑战性。采用MEMS技术批量化制作了具有双腔结构的芯片原子钟87Rb蒸汽腔阵列。在阳极键合过程中,通过原位化学反应产生纯净的87Rb... 碱金属蒸汽腔是芯片原子钟(CSACs)中重要的核心部件之一,其微型化制造具有重要的实用价值,同时也非常具有挑战性。采用MEMS技术批量化制作了具有双腔结构的芯片原子钟87Rb蒸汽腔阵列。在阳极键合过程中,通过原位化学反应产生纯净的87Rb元素蒸汽,缓冲气体(N2)采用反充的方法充入到87Rb蒸汽腔内以保证缓冲气体的压强可以精确的控制。所设计的双腔结构可以防止原位化学反应中产生的杂质阻挡光路,从而能够提高探测到的光信号的强度。通过原子钟桌面系统测试,得到了87Rb元素D1线的光学吸收谱和用于芯片原子钟锁频的误差信号,在90℃时,87Rb元素D1线纠偏信号的线宽(波峰与波谷间距)可达到0.53 kHz。测试结果表明,双腔结构的87Rb蒸汽腔满足芯片原子钟或其他芯片级原子器件的设计要求。 展开更多

关键词 ^87Rb蒸汽腔 芯片原子钟 相干布居数囚禁(CPT) 双腔结构 MEMS技术

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芯片级原子钟的气密性能分析 被引量：3

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作者 张志强 徐静 +1 位作者 李绍良 吴亚明 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期132-139,共8页

基于相干布居囚禁(CPT)原理芯片级原子钟(CSAC)原子腔体积小、采用微电子机械系统硅-玻璃键合工艺制造,其气密性是决定CSAC寿命的关键因素。本文提出了"多层缓冲原子腔"方案大幅度提高原子腔的气密性能,从而提高CPT CSAC的稳... 基于相干布居囚禁(CPT)原理芯片级原子钟(CSAC)原子腔体积小、采用微电子机械系统硅-玻璃键合工艺制造,其气密性是决定CSAC寿命的关键因素。本文提出了"多层缓冲原子腔"方案大幅度提高原子腔的气密性能,从而提高CPT CSAC的稳定性和寿命。建立了一个"毛细管等效气流模型"模拟多层缓冲原子腔的泄漏以分析原子腔的气密性能,应用Matlab仿真对比了单层密封、多层密封、添加保护腔等不同方式下气密性能的改善幅度。仿真结果验证了"多层缓冲原子腔"在提高CPT CSAC物理系统气密性能方面的可行性和有效性,为原子腔的设计提供指导。 展开更多

关键词 芯片级原子钟 多层缓冲原子腔 气密性 毛细管等效气流模型 MATLAB仿真

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用于铯芯片级原子钟的4.596GHz射频源研制(英文) 被引量：2

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作者 季磊 汤亮 张忠山 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期160-164,共5页

芯片级原子钟主要包括射频模块、物理封装模块以及其他的外围控制模块。射频模块的设计关系到芯片级原子钟的短期稳定度,所以射频模块在芯片级原子钟的设计时是非常重要的一部分。本文利用数字锁相环技术实现频率为4.596GHz的射频源,射... 芯片级原子钟主要包括射频模块、物理封装模块以及其他的外围控制模块。射频模块的设计关系到芯片级原子钟的短期稳定度,所以射频模块在芯片级原子钟的设计时是非常重要的一部分。本文利用数字锁相环技术实现频率为4.596GHz的射频源,射频源由三部分组成,包括小数分频频率综合器、压控振荡器和环路滤波器。数字锁相环具有相位噪声低,频谱稳定度高等特点。此外,由于小数分频频率综合器是可编程的,可以通过配置N分频器与R分频器实现输出频率的快速扫描。与此同时,根据相关公式,可以计算出三阶无源环路滤波器的近似参数值,所设计的环路滤波器具有300kHz的环路带宽以及55°的相位裕度。最后,整个基于数字锁相环技术实现的射频源通过仿真、硬件实现以及测试。测试结果显示,射频源的相位噪声为-74.02dBc/Hz@300Hz,符合芯片级原子钟射频源的设计要求。 展开更多

关键词 芯片级原子钟 射频源 环路滤波器 压控振荡器 锁相环

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垂直腔面发射激光器的内调制特性 被引量：7

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作者 胡旭文 李云超 +1 位作者 张彦军 闫树斌 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期315-321,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 垂直腔面发射激光器 芯片原子钟 射频调制 边带信号 注入电流

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芯片原子钟——CPT钟研究进展 被引量：9

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作者 曹远洪 何庆 杨林 《电讯技术》 北大核心 2010年第6期125-131,共7页

介绍了基于激光与原子相干布局囚禁(CPT)理论的芯片原子钟(CSAC)钟。该原子钟代表了小型化原子钟未来发展方向,近年来在设计技术、制造工艺以及物理机制方面都取得了较大进展,并实现了芯片级的CPT钟原理样机。预计,在未来3～5年将会有... 介绍了基于激光与原子相干布局囚禁(CPT)理论的芯片原子钟(CSAC)钟。该原子钟代表了小型化原子钟未来发展方向,近年来在设计技术、制造工艺以及物理机制方面都取得了较大进展,并实现了芯片级的CPT钟原理样机。预计,在未来3～5年将会有芯片原子钟产品面世。 展开更多

关键词 芯片原子钟 相干布局囚禁钟 研究进展

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芯片原子钟MEMS原子气室数字温控系统设计 被引量：1

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作者 刘召军 李坤 +3 位作者 李云超 胡旭文 闫树斌 张彦军 《半导体技术》 CAS 北大核心 2019年第6期410-414,420,共6页

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(I... 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。 展开更多

关键词 芯片原子钟(csac) 数字温控 饱和吸收 微电子机械系统(MEMS)原子气室 氧化铟锡(ITO)加热玻璃

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基于MEMS技术的原子气室封装工艺 被引量：3

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作者 李云超 党峰 +2 位作者 辛红强 李璐 杜剑英 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2023年第2期22-26,共5页

在基于MEMS技术原子气室的制备工艺中,难度较大的是碱金属的填充技术及阳极键合封装工艺,该工艺流程直接影响原子气室的质量。为进一步简化原子气室的制备工艺,设计了“双腔式”原子气室结构,采用先阳极键合,再化学反应的方法实现了原... 在基于MEMS技术原子气室的制备工艺中,难度较大的是碱金属的填充技术及阳极键合封装工艺,该工艺流程直接影响原子气室的质量。为进一步简化原子气室的制备工艺,设计了“双腔式”原子气室结构,采用先阳极键合,再化学反应的方法实现了原子气室批量化的封装。单个原子气室体积为6 mm×4 mm×2.5 mm,经氦气细检漏气率平均达到5×10^(-8)Pa·m^(3)·s^(-1),通过搭建实验平台,测得了不同温度下的原子气室D1线吸收谱线图,实验结果表明原子气室封装成功。 展开更多

关键词 芯片原子钟 原子气室 MEMS 阳极键合 吸收谱线

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基于多源传感器的单星定位算法与精度分析

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作者 邓彦鑫 郭伟 李柯陶 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2021年第2期126-132,共7页

为解决单星环境下静态载体的单点定位问题,建立基于芯片级原子钟和气压高度计辅助下的单星定位算法。包括对单星连续测距定位算法进行算法推导、误差分析与仿真验证、搭建静态单星定位试验平台,以及利用实测数据验证单星连续测距定位算... 为解决单星环境下静态载体的单点定位问题,建立基于芯片级原子钟和气压高度计辅助下的单星定位算法。包括对单星连续测距定位算法进行算法推导、误差分析与仿真验证、搭建静态单星定位试验平台,以及利用实测数据验证单星连续测距定位算法的有效性。仿真与实验结果表明:真实接收机经过对一颗卫星的连续观测,辅以高精度芯片级原子钟和气压高度计提供时钟和高度信息,可在2 min内完成500 m精度定位,以及在5 min内完成200 m精度定位,完全符合战时应急定位精度需求。 展开更多

关键词 单星定位 芯片级原子钟 战时应急 静态试验

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