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下落式冷原子微波钟磁屏蔽系统设计
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作者 刘娟 郑发松 +6 位作者 刘昆 陈伟亮 慈骋 薛振宇 戴少阳 左娅妮 房芳 《计量学报》 北大核心 2025年第5期738-747,共10页
为降低环境磁场扰动对钟输出频率稳定度和准确度的影响程度,设计并研制了一套用于小型下落式冷原子微波钟的磁屏蔽系统。该磁屏蔽系统采用了3层坡莫合金屏蔽层,磁光阱(MOT)和探测腔置于最外层与中层磁屏蔽之间,Ramsey腔置于内层磁屏蔽... 为降低环境磁场扰动对钟输出频率稳定度和准确度的影响程度,设计并研制了一套用于小型下落式冷原子微波钟的磁屏蔽系统。该磁屏蔽系统采用了3层坡莫合金屏蔽层,磁光阱(MOT)和探测腔置于最外层与中层磁屏蔽之间,Ramsey腔置于内层磁屏蔽中。基于有限元方法,对该系统进行三维建模,并对其主要结构参数进行了仿真分析,得到了最优参数。在中层和内层轴向孔处设置延伸管来减小环境磁场对Ramsey腔区域的扰动,在最外层与中层磁屏蔽之间设置隔离层来减小探测腔区域由离子泵带来的强磁场对MOT区域的扰动。仿真结果表明:优化设计的磁屏蔽系统中心轴向屏蔽效能可达到114.2 dB;MOT腔置于50 mm区域内,其剩磁波动为4.8 nT;Ramsey腔置于120 mm区域内,其剩磁波动约为1.5 nT。根据最优仿真参数研制了磁屏蔽系统实物,并在下落式冷原子微波钟中进行了应用。 展开更多
关键词 时间频率计量 冷原子微波钟 磁屏蔽 有限元
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超低温铯原子喷泉钟微波腔测试系统研制
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作者 张泽 王心亮 +2 位作者 聂帅 郭文阁 张首刚 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第3期1-8,共8页
铯原子喷泉钟是基于原子内部量子跃迁而实现的标准频率信号发生装置,广泛应用于守时系统和其它精密测量领域。超低温铯原子喷泉钟是铯原子工作在液氮(80 K)环境中的新型喷泉钟。当原子周围的温度由300 K降低到80 K时,铯原子喷泉钟的黑... 铯原子喷泉钟是基于原子内部量子跃迁而实现的标准频率信号发生装置,广泛应用于守时系统和其它精密测量领域。超低温铯原子喷泉钟是铯原子工作在液氮(80 K)环境中的新型喷泉钟。当原子周围的温度由300 K降低到80 K时,铯原子喷泉钟的黑体辐射频移缩小187倍,黑体辐射频移的不确定度缩小79倍,微波腔相位频移和背景其他碰撞频移也会得到不同程度的改善。微波谐振腔是超低温铯原子喷泉钟的核心部件。为了使谐振腔的谐振频率和铯原子跃迁频率相近,必须对加工成型的微波谐振腔进行调谐和测试。超低温铯原子喷泉钟的微波谐振腔需要在大气、室温环境中调谐,在真空,超低温环境中使用,热胀冷缩效应引起的谐振腔的参数差别很大。为了检验谐振腔的调谐结果需要实验建立谐振腔的真实工作环境。研制了一套超低温谐振腔测试系统,依据微波谐振腔设计理论,计算了测试系统的工作参数,基于有限元方法建立了测试系统的模型,获取了超低温环境中谐振腔的温度分布。超低温谐振腔测试系统满足谐振腔对均匀温度、真空度和保温性能的所有要求。测试系统的真空度达到10^(-2)Pa,温度调谐范围为78~86 K,控温精度为0.02 K。 展开更多
关键词 铯原子喷泉钟 黑体辐射频移 频率不确定度 超低温作用区 微波谐振腔
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基于腔内原位探测的空间冷原子微波钟
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作者 吕德胜 任伟 +2 位作者 项静峰 赵剑波 邓思敏达 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期95-101,共7页
原子钟作为目前最精密的计时仪器,在国民经济和国家安全各领域发挥着重要作用。在地球轨道卫星上运行高精度原子钟,可以在地球大范围内开展高精度时间同步与比对。不同于以往通过抛射冷原子团两次经过微波腔实现Ramsey微波作用的空间冷... 原子钟作为目前最精密的计时仪器,在国民经济和国家安全各领域发挥着重要作用。在地球轨道卫星上运行高精度原子钟,可以在地球大范围内开展高精度时间同步与比对。不同于以往通过抛射冷原子团两次经过微波腔实现Ramsey微波作用的空间冷原子钟,提出了一种新型的基于腔内原位探测的空间冷原子微波钟方案,在同一微波谐振腔内先后完成铷87原子的激光冷却、原子微波相互作用、冷原子探测等过程。该方案可以更好的利用微重力环境提高钟周期中原子与微波相互作用时间的占空比,从而有效减小Dick效应对原子钟性能的影响。介绍了冷原子微波钟系统设计与工作原理,给出了微重力环境下性能分析和预期指标,最后展示了冷原子微波钟地面测试中获得的大约为1.35×10^(-12)τ^(-1/2)的频率稳定度,初步展示了新型空间冷原子钟方案的可行性。 展开更多
关键词 原子钟 微重力 微波腔 空间站 频率稳定度
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中国空间站的微波星地时频比对技术及其初步试验验证和分析 被引量:1
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作者 郭燕铭 高帅和 +10 位作者 潘志兵 王沛 龚学文 宋坤 周晨 张文颖 陈晓锋 白燕 高玉平 卢晓春 张首刚 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1239-1249,共11页
高精度时频比对是现代科学技术的核心需求之一.然而,现有的技术受限于比对系统测量水平和链路系统误差处理算法,严重限制了时间比对性能的提升.针对这些问题,本研究搭建了基于中国空间站的高精度星地微波时频比对系统,并提出了一种基于... 高精度时频比对是现代科学技术的核心需求之一.然而,现有的技术受限于比对系统测量水平和链路系统误差处理算法,严重限制了时间比对性能的提升.针对这些问题,本研究搭建了基于中国空间站的高精度星地微波时频比对系统,并提出了一种基于双向测量的空间站-地面时频比对技术(三频模式),包括了对各项链路系统误差精细化建模新方法.通过对不同星地时频比对场景的仿真模拟发现,在配置高精度原子钟(10^(−15)~10^(−17))进行星地时频比对的场景下,经过本文算法优化后的比对长期性能仍可达与原本星地时钟相近的性能.利用中国空间站所搭载的氢钟与地面氢钟进行初步比对试验结果表明,在300 s可视弧段内的空间站-地面时间比对精度可达到10.77 ps,相应的ADEV(Allan DEViation)达到9.9921×10^(−14)@100 s,与仿真模拟结果大致吻合.本研究可为精密时频同步技术提供了新的理论依据和技术参考. 展开更多
关键词 中国空间站 原子钟 星地微波链路 时频比对 双向测量
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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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镉离子微波钟研究进展 被引量:1
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作者 苗胜楠 张建伟 王力军 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期17-30,共14页
基于囚禁离子的微波原子钟在小型化及可移动方面具有优势,因而受到广泛关注。其中,113 Cd+离子因其所需激光数量少,基态超精细能级分裂大等优势,成为新一代实用离子微波钟的主要候选离子。近几十年来,国内外多个实验团队开展了镉离子微... 基于囚禁离子的微波原子钟在小型化及可移动方面具有优势,因而受到广泛关注。其中,113 Cd+离子因其所需激光数量少,基态超精细能级分裂大等优势,成为新一代实用离子微波钟的主要候选离子。近几十年来,国内外多个实验团队开展了镉离子微波钟的研究工作。本文按照时间顺序,详细介绍了国内外不同实验团队在镉离子微波钟研究方面采用的技术路线及最新进展。 展开更多
关键词 镉离子微波钟 缓冲气体冷却 激光冷却 协同冷却
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钙离子光时标守时技术研究
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作者 史丰丰 程梦飞 +2 位作者 王德豪 徐金锋 李国俊 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期145-151,共7页
近年来光学频率标准(光钟)技术快速发展,国际时间频率咨询委员会计划于2030年用光钟重新定义“秒”,并提出了技术路线,光时标的研究也成为时间频率领域的研究热点。利用钙离子光钟驾驭微波氢钟,开展高精度光时标信号TS(Ca^(+))产生技术... 近年来光学频率标准(光钟)技术快速发展,国际时间频率咨询委员会计划于2030年用光钟重新定义“秒”,并提出了技术路线,光时标的研究也成为时间频率领域的研究热点。利用钙离子光钟驾驭微波氢钟,开展高精度光时标信号TS(Ca^(+))产生技术研究。结果表明,钙离子光钟准连续稳定运行率可达87%,稳定度达8×10^(-17)/day。对光钟和氢钟的频率比对测量分别采用微波频率锁定方案(上转换)和光生超稳微波方案(下转换),上转换方案引入了并放大了噪声,测量数据比氢钟稳定度差,而下转换方案产生超稳微波,测量数据频率稳定度与氢钟几乎重合,实现了光钟对氢钟的准确测量。将测量得到的频差数据直接置入相位微跃计,产生光时标TS(Ca^(+)),独立运行的光时标TS(Ca^(+))在一个月内与UTC偏差保持在0.6 ns以内。研究成果为报送秒定义数据和驾驭自由原子时TAI提供技术基础,为提升我国光时标守时能力提供了宝贵的技术支持和工程经验。 展开更多
关键词 钙离子光钟 光时标 上转换测量 下转换测量 光钟驾驭微波钟
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一种低功耗被动型CPT原子钟 被引量:2
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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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一种无需相位比较器的超高速光时分复用系统的自时钟恢复方法(英文) 被引量:1
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作者 张尚剑 邹新海 +1 位作者 张雅丽 刘永 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期42-46,共5页
基于带内时钟导引的置入与提取,提出一种在超高速时分复用系统中的自时钟恢复方案.通过在发送端插入带内时钟导引并在接收端提取出该时钟导引,实现系统时钟的瞬时同步恢复,无需传统时钟恢复中的超快相位比较器和锁相环.实验分别演... 基于带内时钟导引的置入与提取,提出一种在超高速时分复用系统中的自时钟恢复方案.通过在发送端插入带内时钟导引并在接收端提取出该时钟导引,实现系统时钟的瞬时同步恢复,无需传统时钟恢复中的超快相位比较器和锁相环.实验分别演示了由相位调制和强度调制构造的时钟导引,结果表明所提方法可实现160~40Gb/S的无误码解复用.该方法在光发射机之后和光接收机之前的光域内对数据信号进行预处理,简化了时钟恢复,同时并未改变光发射机和光接收机的原理、结构和设计,与现行的光纤通信系统兼容. 展开更多
关键词 光时分复用 自时钟恢复 带内时钟导引 光相位比较器 微波光子学
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阶跃倍频器温度敏感性对铷原子钟频率稳定度的影响
10
作者 杨世宇 王世伟 +2 位作者 冯浩 张金海 崔敬忠 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1080-1084,共5页
阶跃管倍频器是铷原子钟温度敏感性的重要因素,通过试验测定和研究了铷原子钟阶跃倍频器温度敏感性的规律,研究了阶跃倍频器温度敏感性对铷原子钟频率稳定度的影响。测试结果表明,随着阶跃倍频器温度的升高,阶跃倍频器的输出功率逐渐减... 阶跃管倍频器是铷原子钟温度敏感性的重要因素,通过试验测定和研究了铷原子钟阶跃倍频器温度敏感性的规律,研究了阶跃倍频器温度敏感性对铷原子钟频率稳定度的影响。测试结果表明,随着阶跃倍频器温度的升高,阶跃倍频器的输出功率逐渐减小,在温度较高的条件下微波功率输出变化越大;温度敏感性对铷原子钟稳定度的影响主要是由于温度变化引起了阶跃倍频器输出微波功率发生变化,产生了微波功率频移。 展开更多
关键词 铷原子钟 阶跃倍频器 温度敏感性
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欧洲空间原子钟组ACES与超高精度时频传递技术新进展 被引量:12
11
作者 杨文可 孟文东 +4 位作者 韩文标 谢勇辉 任晓乾 胡小工 董文丽 《天文学进展》 CSCD 北大核心 2016年第2期221-237,共17页
高精度时间频率的产生和超高精度时频信号的传递是现代物理学、天文学和计量科学的基础。空间原子钟组计划(Atomic Clock Ensemble in Space,ACES)是由欧洲空间局实施的基于国际空间站(International Space Station,ISS)微重力环境下的... 高精度时间频率的产生和超高精度时频信号的传递是现代物理学、天文学和计量科学的基础。空间原子钟组计划(Atomic Clock Ensemble in Space,ACES)是由欧洲空间局实施的基于国际空间站(International Space Station,ISS)微重力环境下的新型空间微波原子钟实验验证项目。概要介绍ACES项目基本情况,重点介绍ACES项目的主要科学和技术目标,围绕科学目标而形成的ACES组成结构,并梳理涉及的关键技术,特别介绍了ACES将应用的超高精度时频传递技术,为我国自主研究并实现相关空间时间频率系统及其应用提供参考。最后简述了我国正在建设的空间站时频系统主要情况和实施计划。 展开更多
关键词 空间原子钟组 超高精度时频传递 广义相对论 微波比对链路 激光比对链路
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基于开槽管腔的高信噪比铷原子钟物理系统 被引量:6
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作者 许风 郝强 +2 位作者 王鹏飞 明刚 梅刚华 《计量学报》 CSCD 北大核心 2016年第4期437-440,共4页
物理系统提供的原子鉴频信号信噪比是决定铷原子钟频率稳定度的关键因素。借助高频结构仿真软件,设计了一款内径为20 mm的开槽管微波腔。分析和测试表明,该微波腔内微波场磁力线沿腔轴方向均匀密集分布,可激励高强度铷原子微波跃迁。基... 物理系统提供的原子鉴频信号信噪比是决定铷原子钟频率稳定度的关键因素。借助高频结构仿真软件,设计了一款内径为20 mm的开槽管微波腔。分析和测试表明,该微波腔内微波场磁力线沿腔轴方向均匀密集分布,可激励高强度铷原子微波跃迁。基于这种微波腔,设计出分离滤光物理系统。借助F-P干涉仪光谱测量,优化了滤光效果。测试表明,这种物理系统具备高信噪比,可用于制造频率稳定度为5.0×10^-13t^-1/2的铷原子钟。 展开更多
关键词 计量学 铷原子钟 微波腔 同位素滤光 信噪比 频率稳定度
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铯喷泉钟C场的测量与计算 被引量:2
13
作者 刘洪康 刘昆 +6 位作者 韩蕾 房芳 陈伟亮 郑发松 戴少阳 左娅妮 李天初 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期258-264,共7页
在铯原子喷泉钟实验中,C场均匀度决定了二阶塞曼频移的不确定度评定。使用微波激励法可以测量C场各个高度经时间加权的磁感应强度的平均值。为了得到C场的实际磁场分布,需要对微波激励法的测量结果进行去时间加权计算。介绍了两种去时... 在铯原子喷泉钟实验中,C场均匀度决定了二阶塞曼频移的不确定度评定。使用微波激励法可以测量C场各个高度经时间加权的磁感应强度的平均值。为了得到C场的实际磁场分布,需要对微波激励法的测量结果进行去时间加权计算。介绍了两种去时间加权的算法,并利用仿真数据对算法进行了验证。最后使用微波激励法和两种去时间加权算法,结合蒙特卡洛不确定度评定方法对NIM6铯喷泉钟C场进行了测量与计算。 展开更多
关键词 计量学 铯喷泉钟 C场 微波激励法 去时间加权 蒙特卡洛不确定度评定
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应用于相干布居囚禁原子钟的低相位噪声微波频率综合器 被引量:2
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作者 姚明昊 段俊毅 +6 位作者 王学影 韩琪娜 施杨 周琨荔 茹宁 刘小赤 屈继峰 《计量学报》 CSCD 北大核心 2022年第11期1506-1511,共6页
相干布居囚禁(CPT)原子钟作为微波原子钟的一种类型,由于不需要微波谐振腔即可实现微波探询,可极大降低体积和功耗,从而实现芯片级、低功耗的原子钟。CPT原子钟性能指标的主要限制因素之一是微波综合器的相位噪声,为了提升CPT原子钟的性... 相干布居囚禁(CPT)原子钟作为微波原子钟的一种类型,由于不需要微波谐振腔即可实现微波探询,可极大降低体积和功耗,从而实现芯片级、低功耗的原子钟。CPT原子钟性能指标的主要限制因素之一是微波综合器的相位噪声,为了提升CPT原子钟的性能,研制了一种应用于CPT原子钟的低相位噪声频率综合器。实验结果表明,频率综合器在200 Hz处的绝对相位噪声为108 dBc/Hz。微波综合器由于Dick效应对原子钟频率稳定度的限制为8.2×10^(-14),可以完全满足CPT原子钟的性能指标要求。此频率综合器也可更广泛地用于其它高性能微波原子精密测量系统以及计量标准器。 展开更多
关键词 计量学 微波综合器 相位噪声 光频移 原子钟
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铯原子钟速度分布的计算机模型
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作者 吴文国 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2002年第4期300-302,共3页
基于已建立的小型铯原子钟计算机模型系统 ,研究了铯束原子速度为双峰分布和三峰分布对原子钟微波频谱的影响。分析了在此条件下的钟跃迁微波频谱的主要变化特征 ,并与文献报道的NBS 4磁选态铯原子钟情形和北京大学的小型光抽运铯原子... 基于已建立的小型铯原子钟计算机模型系统 ,研究了铯束原子速度为双峰分布和三峰分布对原子钟微波频谱的影响。分析了在此条件下的钟跃迁微波频谱的主要变化特征 ,并与文献报道的NBS 4磁选态铯原子钟情形和北京大学的小型光抽运铯原子钟的实验结果作了比较和分析 。 展开更多
关键词 铯原子钟 速率分布 计算机模型 微波频谱
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