基于离散正弦波调频的CPT原子钟微波调制方法

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作者 黄鹏翔 廉吉庆 +3 位作者 祝诚勇 李理敏 潘多 陈景标 《量子电子学报》 北大核心 2025年第4期574-583,共10页

传统二进制频移键控(2FSK)调制的微波信号存在频谱边带展宽的问题,这会间接影响各个光频成分对碱金属原子跃迁的作用,进而限制相干布居囚禁(CPT)原子钟的守时性能。本文通过分析不同调制方式的微波信号对原子吸收线型和鉴频信号的影响,... 传统二进制频移键控(2FSK)调制的微波信号存在频谱边带展宽的问题,这会间接影响各个光频成分对碱金属原子跃迁的作用,进而限制相干布居囚禁(CPT)原子钟的守时性能。本文通过分析不同调制方式的微波信号对原子吸收线型和鉴频信号的影响,提出了一种基于离散正弦波调频(DSWFM)的微波调制方法,利用直接数字调制技术实现载波多频率连续切换,大大降低了频谱的边带宽度。实测结果表明,相比传统2FSK调制,基于DSWFM调制下的CPT原子钟在1 s、10 s和100 s平均时间下的频率稳定度分别提升了约17%、36%和48%。 展开更多

关键词 光电子学 频率稳定度 离散正弦波调频 相干布居囚禁原子钟 二进制频移键控

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冷原子光栅磁光阱的研制及CPT信号的探询 被引量：1

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作者 朱雨濛 于治龙 +2 位作者 姚明昊 詹志明 刘小赤 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期120-128,共9页

相干布居囚禁原子钟在小型化方面具备不可替代的优势。由于热原子气室内部高压缓冲气体的限制,导致其频率稳定度仍有进一步提升的空间。利用激光冷却原子技术作为替代,可以有效提升其中长期性能。然而,目前的冷原子物理系统仍然相对复杂... 相干布居囚禁原子钟在小型化方面具备不可替代的优势。由于热原子气室内部高压缓冲气体的限制,导致其频率稳定度仍有进一步提升的空间。利用激光冷却原子技术作为替代,可以有效提升其中长期性能。然而,目前的冷原子物理系统仍然相对复杂,不利于原子钟整体系统的集成化和小型化。我们研制了高衍射效率光栅芯片、平面磁阱芯片以及微小型真空腔室,共同构建基于平面核心器件的磁光阱,利用单光束捕获冷原子2×106个。此外,为了简化CPT冷原子钟的激光系统,通过单激光结合时分复用系统的方式,仅用单一Rb D2线激光实现了原子冷却与CPT探询。以上的工作为将来实现微小型化高性能冷原子CPT钟的最终锁定和性能评估奠定了重要理论和技术基础。 展开更多

关键词 微波原子钟 相干布居囚禁 激光冷却 光栅芯片

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一种低功耗被动型CPT原子钟 被引量：2

3

作者 陈杰华 杜润昌 +4 位作者 赵劼成 黎英云 马洪 刘朝阳 顾思洪 《计量学报》 CSCD 北大核心 2010年第5期417-420,共4页

介绍了一款新研制的被动型相干布局囚禁（CPT）原子钟样机及其主要性能。样机功耗约为4W，频率稳定度达到在τ〈8000s范围内优于6×10^-11τ^-1/2,10MHz输出频率在1Hz范围内的相位噪声达到-79．1dBc／Hz。所研制的CPT原子钟具有小... 介绍了一款新研制的被动型相干布局囚禁（CPT）原子钟样机及其主要性能。样机功耗约为4W，频率稳定度达到在τ〈8000s范围内优于6×10^-11τ^-1/2,10MHz输出频率在1Hz范围内的相位噪声达到-79．1dBc／Hz。所研制的CPT原子钟具有小型、低功耗的特点。 展开更多

关键词 计量学 原子钟 相干布居数囚禁 微波

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CPT磁力仪暗态耦合磁场测量技术 被引量：2

4

作者 张笑楠 寇军 +3 位作者 李洁 张国万 魏宗康 任章 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期753-758,共6页

相干粒子数俘获(CPT)磁力仪是通过精确追踪光与原子相互作用下获得的透射信号来计算磁场强度的。针对由于透射信号的方向性衰减特性而造成的系统测量盲区的问题,提出了一种暗态耦合测量方案,通过使用特定频率的调制光场来实现多个暗态... 相干粒子数俘获(CPT)磁力仪是通过精确追踪光与原子相互作用下获得的透射信号来计算磁场强度的。针对由于透射信号的方向性衰减特性而造成的系统测量盲区的问题,提出了一种暗态耦合测量方案,通过使用特定频率的调制光场来实现多个暗态的同时激发和耦合测量,基于原子密度矩阵法建立了原子五能级系统模型并进行数值仿真研究,分析了该方案的控制条件和特点。实验结果证明,使用暗态耦合测量技术获得的透射信号幅值可以达到相同条件下单暗态测量时信号幅值的两倍左右,能够有效消除测量盲区,提高透射信号的信噪比,从而进一步提高CPT磁力仪的测量灵敏度。 展开更多

关键词 相干粒子数俘获 磁力仪 原子密度矩阵 测量盲区

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微小型CPT原子磁力仪 被引量：3

5

作者 李明阳 王学锋 +3 位作者 卢向东 邓意成 李新坤 王风娇 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第11期93-96,共4页

针对同轴对射式相干布居俘获(CPT)原子磁力仪光纤位于探头两端,导致探头体积过大,不利于小型无人机(UAV)搭载应用的问题,设计了一种微小型CPT原子磁力仪,实现了入射与出射光纤同侧安装,解决了光纤弯折导致探头体积过大的问题。测试结果... 针对同轴对射式相干布居俘获(CPT)原子磁力仪光纤位于探头两端,导致探头体积过大,不利于小型无人机(UAV)搭载应用的问题,设计了一种微小型CPT原子磁力仪,实现了入射与出射光纤同侧安装,解决了光纤弯折导致探头体积过大的问题。测试结果表明:微小型CPT原子磁力仪准确度优于0.24 nT,非线性度优于0.00024%,磁场跟踪能力优于375 nT/s,噪声优于15.34 pT/Hz^(1/2)@1~15 Hz,探头体积15.6 cm^(3),满足了小型无人机搭载使用需求。 展开更多

关键词 相干布居俘获 原子磁力仪 微型气室 性能测试 小型无人机

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芯片原子钟——CPT钟研究进展 被引量：9

6

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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Ramsey-CPT原子频标的高性能小型脉冲微波源研究

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作者 管超 竺小松 +1 位作者 周群 耿钦 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期52-57,共6页

根据Ramsey-CPT原子频标对脉冲微波源高性能小型化的要求,采用直接数字频率合成器激励锁相环频率合成器,再结合可编程数字功率衰减器和阻抗匹配电路,从而实现具有高稳定度、高分辨率、快跳频速度、低相位噪声、小体积、小步长扫描的脉... 根据Ramsey-CPT原子频标对脉冲微波源高性能小型化的要求,采用直接数字频率合成器激励锁相环频率合成器,再结合可编程数字功率衰减器和阻抗匹配电路,从而实现具有高稳定度、高分辨率、快跳频速度、低相位噪声、小体积、小步长扫描的脉冲微波源。比较应用于Ramsey-CPT原子频标的脉冲微波源方案,介绍脉冲微波源的基本原理,简述其具体实现方法,并通过仿真优化得到最佳的输出性能。实现的脉冲微波源具有优良的技术性能,进一步提高了Ramsey-CPT原子频标输出频率的性能。同时,达到了设计小型化的要求,有利于Ramsey-CPT原子频标的便携式应用。 展开更多

关键词 激光物理 原子频标 拉姆齐干涉-相干布居囚禁 脉冲微波源 锁相环 可编程数字功率衰减器

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相干布居数囚禁原子频标的实现及相关实验参数研究 被引量：10

8

作者 杜润昌 刘国宾 +3 位作者 陈杰华 王谨 刘朝阳 顾思洪 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1697-1700,共4页

原子频标要求高信噪比和窄线宽的鉴频信号,但对于被动型相干囚禁态原子频标(CPT频标),改善鉴频信号信噪比以增加线宽为代价,因此选择合适的信噪比和线宽组合是研制CPT原子频标频标的重要环节。文章介绍了用桌面CPT频标系统地研究了鉴频... 原子频标要求高信噪比和窄线宽的鉴频信号,但对于被动型相干囚禁态原子频标(CPT频标),改善鉴频信号信噪比以增加线宽为代价,因此选择合适的信噪比和线宽组合是研制CPT原子频标频标的重要环节。文章介绍了用桌面CPT频标系统地研究了鉴频信号与温度、光强等参数的关系所获得的研究结果,由此获得了合适选取的信噪比与线宽组合的依据。文章还给出了关于光源非理想偏振导致的消相干效应对CPT频标的影响所开展的实验结果。文章所提供的研究结果不仅帮助我们研制成功了CPT频标,而且对于CPT物理现象研究和其他CPT频标的研制也有参考价值。 展开更多

关键词 相干布居数囚禁 原子频标 铷原子

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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：6

9

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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三能级原子与少周期脉冲串作用中的相干布居捕获 被引量：1

10

作者 蔡勋明 范梦慧 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期209-213,共5页

研究了少周期脉冲串作用下三能级原子中的布居转移和相干布居捕获现象.在非旋波近似的情况下求解了密度矩阵方程.研究结果表明在等时间间隔的锁相脉冲作用下,系统能级的布居逐步转移并积累,系统基态相干也逐步积累.在满足脉冲重复频率... 研究了少周期脉冲串作用下三能级原子中的布居转移和相干布居捕获现象.在非旋波近似的情况下求解了密度矩阵方程.研究结果表明在等时间间隔的锁相脉冲作用下,系统能级的布居逐步转移并积累,系统基态相干也逐步积累.在满足脉冲重复频率为基态能级频差的整数分之一倍时,三能级系统和频率梳中两梳齿频率成分作用形成相干布居捕获现象,原子暗态布居值达到最大,介质对脉冲透明.在适当选取少周期脉冲参量的情况下,在0.5个ns的时间内三能级系统相干性演化到最大后到达稳态,相干布居捕获发生.与脉宽为100个fs的多周期脉冲相比,少周期脉冲串在介质中建立相干布居捕获的时间缩短两个数量级.由于频率梳中与三能级系统发生作用的梳频成份有相同的频移,相干布居捕获的条件双光子共振仍然满足.因而,当两基态能级频率差较大时,如果选取少周期脉冲载波频率为系统能级1至2和1至3的传输频率之和的一半ω=(ω1+ω2)/2,室温下原子热运动的引起的多普勒频移并不会破坏相干布居捕获. 展开更多

关键词 相干布居捕获 少周期脉冲 频率梳 量子相干 非旋波近似

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激光场对双通道光致离化系统光电子能谱的影响

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作者 韩立波 田永红 +1 位作者 李高翔 彭金生 《量子电子学报》 CAS CSCD 2000年第5期411-416,共6页

本文研究了双通道光致离化系统的离化光电子能谱及原子布居相干捕获条件，结果表明，能谱及相干捕获不仅决定于离化光场的相位，而且与调制光场的相位及强度密切相关．

关键词 双通道离化 光电子能谱 布居相干捕获 激光场

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国外空间原子钟发展研究 被引量：1

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作者 刘春保 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2018年第1期123-129,共7页

空间原子钟包括磁选态原子钟、脉冲光抽运原子钟、相干布居囚禁原子钟、离子阱原子钟和冷原子钟。文章介绍了这5类空间原子钟的发展情况,其中:磁选态原子钟是当前卫星导航系统广泛采用的空间原子钟;脉冲光抽运原子钟已经在美国GPS-3卫... 空间原子钟包括磁选态原子钟、脉冲光抽运原子钟、相干布居囚禁原子钟、离子阱原子钟和冷原子钟。文章介绍了这5类空间原子钟的发展情况,其中:磁选态原子钟是当前卫星导航系统广泛采用的空间原子钟;脉冲光抽运原子钟已经在美国GPS-3卫星上应用;相干布居囚禁原子钟是脉冲光抽运原子钟的一种特例,其优势在于体积小、质量小、功耗低;离子阱原子钟具有很高的精度,目前其天稳定度已经达到10^(-17);冷原子钟基于近绝对零度下原子的物理特性和量子光学测量技术,具有极高的准确度和稳定度,发展与应用前景广阔。分析了空间原子钟的发展趋势,如激光冷却、量子频率光学测量与环境控制,将成为空间原子钟发展的支撑性关键技术。针对我国空间原子钟的发展现状和技术水平,提出了挖掘现有原子钟潜力、瞄准原子钟前沿技术等建议。 展开更多

关键词 空间原子钟 磁选态原子钟 脉冲光抽运原子钟 相干布居囚禁原子钟 离子阱原子钟 冷原子钟

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三芯耦合波导中暗态的研究 被引量：2

13

作者 倪程鹏 周桥梁 王文峰 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期202-207,共6页

Silberberg等利用三芯耦合光波导的暗态现象,实验研究了非线性对相干布居囚禁量子效应的影响.然而,对该三芯耦合波导中的非线性传输特征数值计算的研究表明,相干布居囚禁与光波导的非线性自囚禁两种效应都可以导致波导中暗态的产生,当... Silberberg等利用三芯耦合光波导的暗态现象,实验研究了非线性对相干布居囚禁量子效应的影响.然而,对该三芯耦合波导中的非线性传输特征数值计算的研究表明,相干布居囚禁与光波导的非线性自囚禁两种效应都可以导致波导中暗态的产生,当两种效应同时作用时,则导致暗态现象的破坏.因此,仅从暗态的变化研究非线性对相干布居囚禁的影响是不完备的.在相干布居囚禁的理想条件下,非线性影响暗态的阈值功率趋于无穷大,这意味着理想相干布居囚禁量子效应不受限于系统的非线性效应. 展开更多

关键词 非线性光学 暗态 数值模拟 三芯耦合波导 相干布居囚禁 自囚禁

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在有压缩真空注入的腔中Λ型三能级原子的稳态粒子布居 被引量：2

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作者 邢怀忠 陈朝阳 徐岩 《兰州大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 1999年第2期37-42,共6页

用主方程方法研究了有压缩光入射的腔中受激光场驱动的Λ型三能级原子的稳态行为，在劣质腔近似下讨论了原子的稳态粒子布居值的特点．发现腔的作用降低了压缩真空中的双光子关联；

关键词 ∧型原子 压缩真空 稳态粒子布居 三能级原子

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