铷原子频标的量子检测虚拟仪器实现及其压控振荡器设计

摘要

被动型铷原子频标是商业化最为成功的原子频标之一，其体积小、功耗低、成本低廉被广泛应用于精确授时、导航、定位、通信等领域。原子频标的光量子检测包含了光抽运、光检测、磁共振等量子技术，以及微弱信号检测技术。
　　本文首先研究了被动型铷原子频标的量子物理学及伺服控制的原理，然后推导了量子跃迁谱线的线形函数，得出了谱线的数学模型，分析了模型与频标性能之间的关系，给出了检测量子跃迁谱线的方案，设计了用于量子跃迁检测的虚拟锁相放大器，以实验室已有的铷原子频标为基础，检测了其量子跃迁谱线的一阶微分线形——频标的鉴频曲线以及二阶微分线形，最后根据检测到的鉴频曲线设计了铷原子频标用的压控晶体振荡器。本论文的主要内容如下：
　　第一部分：研究了铷原子频标的量子原理，根据量子力学推导出量子跃迁谱线的线形函数，光抽运、光检测等技术使量子系统输出的信号强度大大的提高，由线形函数与量子频标性能指标的关系推导检测信号的信噪比越高，频标的稳定度越好。
　　第二部分：研究了铷原子量子跃迁检测方案，在理论分析、仿真基础上设计了基于计算机声卡数据采集以及LabVIEW软件平台的虚拟锁相放大器，应用于实验室已有的铷原子频标量子跃迁检测，得出了检测结果，与其他检测方案对比，具有成本低廉、易于实现、易于集成的优势。
　　第三部分：应用检测结果，设计、制作了铷原子频标用压控晶体振荡器。

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第一章：绪论

1.1原子频标的发展及应用

1.2原子频标分类[12]

1.3 选题依据及本论文工作内容介绍

第二章：被动型铷原子频标的原理

2.1被动型铷原子频标基本结构

2.2量子部分基本原理[13]

2.3伺服环路的基本结构

2.4闭环工作过程

2.5原子频标的性能指标

第三章 被动型铷原子频标量子跃迁检测方案

3.1 量子跃迁检测的意义

3.2量子跃迁检测方案

3.3 本章小结

第四章：基于LabVIEW的虚拟锁相放大器设计与实现

4.1 LabVIEW虚拟仪器简介[21],[22]

4.2 锁相放大器简介

4.3 虚拟锁相放大器设计与实现

4.5 本章小结

第五章：铷原子频标量子跃迁检测实验

5.1 寻找谱线中心频率点

5.2 波谱线形检测

5.3 与其他方法检测结果对比

5.4 本章小结

第六章 压控晶体振荡器设计

6.1石英晶体振荡器

6.2压控晶体振荡器

6.3 本章小结

第七章：总结

致谢

参考文献

作者攻硕期间取得的成果