原子频标

摘要： 针对国际单位制、单位基准及基本单位复现等内容授课抽象等问题,设计了SI基本单位的量子计量虚拟实验。该虚拟实验包含知识探究、实验操作、数据处理、实验考核等4个模块。知识探究模块介绍SI基本单位的历史、量子定义、量子复现、SI基本单位之间的关系、铯束原子频标原理的动画演示以及铯钟谐振观测实验等;实验操作模块以单位秒为例,设计了基于原子频标的守时与远程时间比对虚拟实验;数据处理模块下载全部实验数据进行线下编程处理;实验考核模块评价实验成绩。整个虚拟实验在Unity实时3D平台上采用微软C#语言开发而成,经过在“检测技术”课程中实际应用,效果良好。

摘要： 时间的计量一直是人们所关心的基本问题,它与人们的日常生产生活息息相关.随着科学技术的发展与进步,人类对时间的计量也越来越精确.近年来,光钟已经成为当前世界上最精确的计时工具.然而,往往因体积庞大、仅能在实验室环境工作,极大地限制了光钟的应用范围.实现可搬运、可靠、准连续运行的高精度光钟是科学家的愿望,也是对光钟科研工作者的挑战.文章将简单介绍光钟的原理,然后介绍可搬运钙离子光钟的研究进展,最后浅谈可搬运原子光钟的未来发展.

摘要： 守时系统由时频标准、时频信号产生、时差测量、稳定度检测和远程时间频率比对等分系统组成.实验数据均来自国家级守时中心的实测数据,数据处理算法采用国际计量局推荐的自由原子时算法ALGOS.远程时间比对系统采用卫星共视法对本地虚拟原子钟、远程国家级守时中心原子钟时间测量结果进行比对,以确定本地虚拟原子钟的时间计量准确度.整个虚拟实验在Unity实时3 D平台上采用微软C#语言开发而成.经过在"检测技术"课程中实际应用,效果良好,达到了让学生理解SI基本单位的量子计量原理,锻炼学生实验动手操作能力,提高复杂测量数据的处理和分析能力的目的.

摘要： 原子频标是典型的量子电子学产物,它可以输出稳定的频率信号,在导航、守时、授时以及通信等国计民生的各个方面都有重要的作用.原子频标制造过程中采用薄膜技术可以有效地提高原子频标的性能和使用寿命.本文首先阐述了传统铷、铯、氢原子频标中薄膜技术的应用,即薄膜技术在铷原子频标中用于光谱灯优化和光频移抑制,以改善铷原子频标的稳定度和漂移;在铯原子频标中用于电子倍增器研制及其新工艺和新方法的研究,用以提高铯束管的寿命和信噪比;在氢原子频标中用于氢原子存储,降低氢原子与泡壁的碰撞概率,延长氢原子弛豫时间,提升信噪比.其次,对汞离子频标、微型CPT原子频标等新型原子频标中薄膜技术的应用和发展进行了梳理和总结,并对下一代星载原子频标中薄膜技术的重要作用和发展进行了展望.

摘要： 本文研究一种矩形银纳米棒结构消色差波片,分析该波片对光场偏振态的调控特性.以二氧化硅为基底设计银纳米棒波片,长250nm,宽120nm,厚度40nm,周期300nm.通过激发纳米棒表面等离子体效应,产生符合理论的表面电场分布.仿真计算,以45°的线偏振光激发,调制出圆偏振光,满足λ/4波片的性能,适用波段为620nm～668nm,满足钙原子束光频标的激发波长,波片透过率为40％～48％.仿真计算,采用时域有限差分法求解空间电磁场分布,使用三角函数法分析光束偏振态.基于该结构体积小、厚度薄、灵活度高,将其应用于光频原子钟有利于光学调制模块集成化、小型化的实现,有利于辅助激光器调制出高效的偏振光.

摘要： 本文详细叙述了地面数字电视激励器相位噪声的测试过程,相位噪声不合格将会给数字电视发射系统带来严重影响。

摘要： Coherent population beating (CPB) phenomenon occurs in a typical three-level Λ system. When the frequency difference between two coherent pumping laser fields has a certain detuning from the ground-state hyperfine splitting, the excited state population will experience a transient oscillation before reaching equilibrium, and the oscillation frequency is equal to the detuning. The CPB phenomenon enables us to directly obtain the beat frequency between the measured radio frequency (RF) signal and the atomic transition frequency. Then we can get the standard frequency by compensating the beat frequency to the RF. We propose a scheme to implement atomic clock based on the CPB phenomenon in 2009, and the scheme has been implemented. When this effect is used to achieve an atomic clock, the frequency stability is directly related to the amplitude and SNR (signal to noise ratio) of the CPB signal. Influence of the ground-state hyperfine sublevels’ coherence on CPB signal is theoretically simulated and experimentally investigated in this paper. A formula of the CPB signal is derived by using the semi-classical model of the interaction of atoms with light, and the theoretical simulation is done using the formula obtained. In the experiment two coherent pumping laser fields are used to interact with 87Rb atoms. A CPB process includes the coherence build-up and the CPB stimulation. The coherence of the ground-state hyperfine sublevels is achieved by controlling the pumping time of the coherent laser fields that are resonant to the ground-state hyperfine sublevels. With this method, the relationship between CPB signal and coherence of the ground-state hyperfine sublevels can be observed. Result shows that the amplitude of CPB signal is proportional to the ground-state hyperfine sublevels’ coherence. The hign quality CPB signal can be achieved when the CPB stimulation is started with a pure coherent population trapping (CPT) state. In the CPB process, the coherence build-up rate is approximately equal to the coherence decay rate. So a 50%duty cycle square wave can be used to modulate the RF, and the period of the square wave had better be twice of the decay time of the ground-state hyperfine sublevels’ coherence. To improve the SNR of CPB signal and the stability of atomic frequency standard, the ground-state hyperfine sublevels’ coherence must be built up, improved, and maintained before the CPB stimulation. The feasibility of applying CPB phenomenon to the weak magnetic field measurement and other applications is also discussed in this paper.

摘要： 伺服电路是整个原子频标系统的控制核心部件,在传统技术基础上提出一种改进的伺服方法:改进了直接数字合成实现综合器的大范围智能控制、同步鉴相功能.通过上述方案的改进,一方面克服了传统技术上的脱锁问题,另一方面使原子频标具备了工作状态的指示判断功能.

摘要： 根据相干布居囚禁原子频标对合成源的要求,利用直接数字频率合成器激励锁相环实现了高稳定度、高分辨率、快跳频速度、低相位噪声、小体积的小步长扫描合成源。比较应用于相干布居囚禁原子频标的合成源方案,介绍直接数字频率合成器激励锁相环频率合成器的基本原理,简述用AD9954和ADF4350所设计高性能小型合成源的具体实现方法,并通过仿真优化得到最佳的输出性能。采用DDS与PLL相结合的混合结构设计的合成源,综合了DDS和PLL各自的优点,具有优良的技术性能,进一步提高了CPT原子频标标准输出频率的性能。同时,达到了设计小型化的要求,有利于CPT原子频标的便携式应用。%In accordance with the requirement to synthesized source by the Coherent Population Trapping（CPT） atomic frequency standard,a synthesized source,with the characteristics of high stability,high resolution,fast frequency hopping speed,low phase noise,miniature,and small scanning step,is realized through direct digital frequency synthesizer（DDS） exciting phase-locked loop（PLL） frequency synthesizer.Several schemes of the synthesized source for CPT atomic frequency standard are compared.The basic principle of DDS exciting PLL and the practical method of high-performance and miniature synthesized source implemented using AD9954 plus ADF4350 are introduced.At last,the best performance of the output signal is obtained by optimizing the simulation result.The synthesized source using the combination structural design combines the advantages of DDS and PLL,has excellent technical performance,and further improves the output signal of the CPT atomic frequency standard.Moreover,the overall design comes up to the miniaturized requirement,and is favorable to portable application of the CPT atomic frequency standard.

摘要： 基于量子力学原理的原子频标在空间科学技术中得到广泛的应用.从原理上讲,空间量子频标与地面量子频标没有本质的区别.差别仅在于工作于空间的量子频标,在满足体积、重量和功耗的条件下,需要适应空间环境.这些环境因素包括微重力、真空、辐射等.这些空间环境因素会对原子频标性能产生一定的影响.不同的空间环境因素对量子频标的影响表现形式也不同,不同的原子频标受到的影响也有区别.本文就铷原子频标在空间环境中的表现进行了分析研究,以便用户提供更多了解空间铷原子频标工作特征.

摘要： 高分辨力原子频标比对装置是频率稳定度测量仪器。本文简要介绍了其系统方案、硬件电路关键部件的设计和软件设计思路，并给出了详细的测试结果。从结果可以看出高分辨力原子频标比对装置测量频率稳定度的一致性好，测试指标高，性能可靠。

摘要： 介绍分析了CV技术的基本原理和罗兰C系统原子频标资源的使用状况，并通过引入系统融合和CV技术，对比对数据进行检测校验，最终实现罗兰C导航系统原子频标与UTC时间基准同步。

摘要： 在相干布居数囚禁(coherent Population Trapping，CPT)原子频标中，与缓冲气体相关联的温度频移是影响频率稳定度的重要因素。本文分析了在CPT原子频标的温度频移特性，并根据实验结果调节缓冲气体的组分，基本消除了一阶温度频移，并根据二阶温度频移曲线选择蒸汽泡的工作温度，进一步减小了剩余温度频移的影响，从而提高了频率稳定度。

摘要： 介绍了相干布居囚禁(CPT)原子频标电路，其面积为10cm2，体积为10cm3，采用单电源供电，功耗为200mW。应用该频标电路与物理系统连接开展实验，该电路实现了自动搜索鉴频信号、激光、微波频率锁定等CPT原子频标电路功能，为实现微型CPT原子频标打下基础。

摘要： 介绍了在CPT原子频标温控电路中采用△-∑调制算法，在不降低占空比可调节点数及提高控制芯片主频的条件下，提高PWM方波输出频率的方法。利用该算法，使PWM方波输出频率远离CPT原子频标中的其它两个工作频率，减小了温控电路对频标中其它电路的干扰。实验证明，采用该方法的温控电路能够满足所研制的CPT原子频标对温度控制的预定要求。

摘要： 本文介绍了一种用于微型化CPT原子频标伺服电路的软件方案及其实现。伺服电路体积仅10cm3，以单片机为控制核心。单片机控制程序主要完成温度控制、直流信号与微波频率的分时调制、锁定激光频率的直流纠偏信号的获取、直流锁定、锁定微波频率的电压纠偏信号的获取、微波锁定、与外围器件的通信等功能。将该程序用于伺服电路，获得了纠偏信号，并实现了整机的锁定。

摘要： 汞离子微波频标利用离子阱把工作物质囚禁于超高真空小尺寸空间内进行研究而得到的,其潜力远远优于当前传统原子频标.通过理论分析和仿真设计对离子微波频标离子阱进行分析,并对囚禁离子的运动特性进行仿真,在此基础上进行了系统初步设计,为下一步汞离子微波频标的研制提供了基础.

摘要： 设计了基于光纤传输的频标传递系统,实验结果显示加载反馈控制器后可以提高光电转换频标传递系统输出的功率稳定性,而不会引入附加的相噪恶化,同时加载反馈控制器后可以提高系统输出的相位稳定性及时延稳定性,实验结果显示,设计的系统可以保证铷钟的原子频标(100MHz)‘无损'地传递到远端.

摘要： 采用耐驰DSC差式扫描量热仪和附带的纯度分析软件对铷光谱灯中铷的熔融曲线进行长期跟踪测量，分析结果显示铷的熔点和相应的纯度在老化初期变化明显，2个月以后变化趋于平缓，六个月以后铷的熔点和纯度分别达到39.5°C和99.8%，趋于饱和。纯度分析测试结果与铷消耗量测量结果较好地吻合。

摘要： 本发明公开了一种原子频标频率修正装置及原子频标，属于原子钟领域。所述装置包括：本地参考源；GPS模块，用于获取GPS信号；接收模块，用于获取本地参考源输出的本地参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；分频模块，用于对频率信号进行N分频，得到分频信号；计数模块，用于在分频信号的N1个脉冲时间内对GPS信号中的脉冲个数进行计数，得到N0；以及在分频信号的N2个脉冲时间内对中本地参考信号的脉冲个数进行计数，得到N3；处理模块，用于根据N0和N1计算压控晶振的第一频率值；根据N2和N3计算压控晶振的第二频率值；根据第一频率值、第二频率值和原子频标的设定输出，计算压控修正电压并输出到压控晶振上。

摘要： 本发明公开了一种原子频标频率修正方法、装置及原子频标，属于原子钟领域。所述方法包括：获取GPS信号，所述GPS信号为秒脉冲信号；获取本地参考源输出的参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；对所述频率信号进行N分频，得到分频信号，N为大于1的整数；采用所述GPS信号的秒脉冲作为参考对所述分频信号和所述参考信号中的脉冲个数进行计数，得到一秒内所述分频信号中的脉冲个数N1和一秒内所述参考信号中的脉冲个数N2，N1和N2为正整数；根据一秒内所述分频信号中的脉冲个数N1和一秒内所述参考信号中的脉冲个数N2计算所述压控晶振的频率值；根据所述压控晶振的频率值和所述原子频标的设定输出，计算压控修正电压并输出到压控晶振上。

摘要： 本发明公开了一种提高原子频标短期稳定度指标的方法、装置和原子频标，属于原子频标领域。所述方法包括：锁定判断单元判断原子频标整机系统工作状态；根据原子频标整机系统工作状态，中央处理器通过纠偏电压单元向压控晶振输出纠偏电压。该装置包括：锁定判断单元、中央处理器和纠偏电压单元。本发明通过中央处理器根据锁定判断单元得出的原子频标整机系统的工作状态来控制纠偏电压单元工作，在整机处于锁定和未锁定两种状态下，中央处理器通过纠偏电压单元输出不同的纠偏电压作用于压控晶振，从而消除原子频标的短暂跳变，提高了原子频标短期稳定度指标。

摘要： 本发明公开了一种原子频标频率修正装置及原子频标，属于原子钟领域。所述装置包括：本地参考源；GPS模块，用于获取GPS信号；接收模块，用于获取本地参考源输出的本地参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；分频模块，用于对频率信号进行N分频，得到分频信号；计数模块，用于在分频信号的N1个脉冲时间内对GPS信号中的脉冲个数进行计数，得到N0；以及在分频信号的N2个脉冲时间内对中本地参考信号的脉冲个数进行计数，得到N3；处理模块，用于根据N0和N1计算压控晶振的第一频率值；根据N2和N3计算压控晶振的第二频率值；根据第一频率值、第二频率值和原子频标的设定输出，计算压控修正电压并输出到压控晶振上。

摘要： 本发明公开了一种原子频标伺服控制方法及原子频标，属于原子频标领域。所述方法包括：将未经调制的探测信号作用于物理系统上；通过扫频技术拟合出与所述第一光电池对应的第一原子谱线图以及与所述第二光电池对应的第二原子谱线图；将经过调制的探测信号作用于所述物理系统上，通过同步鉴相技术分别得到与所述第一光电池对应的第一误差信号ΔW1以及与所述第二光电池对应的第二误差信号ΔW2；在所述第一原子谱线图上查找所述经过调制的探测信号两个边带对应的电压值V11和V12，在所述第二原子谱线图上查找所述经过调制的探测信号两个边带对应的电压值V21和V22；计算ΔV1和ΔV2，ΔV1＝V11-V12-ΔW1，ΔV2＝V21-V22-ΔW2；通过判断ΔV1和ΔV2的乘积确定是否对原子频标进行纠偏。

摘要： 本发明公开了一种原子频标故障指示装置及原子频标，属于原子频标技术领域，所述装置包括：四个指示模块，用于分别指示原子频标的四个模块是否发生故障，每个指示模块分别包括两个指示灯，两个指示灯包括故障指示灯和正常指示灯，四个模块包括压控晶振、电子线路、物理单元中的光谱灯和物理单元中的集成滤光共振泡单元；处理模块，用于采集压控晶振的输出频率值以及物理单元产生的量子鉴频信号，并根据所述输出频率值及采集的所述量子鉴频信号判断所述四个模块是否发生故障，根据判断结果控制四个指示模块的指示灯工作，从而使得用户可以根据指示灯直观判断故障情况。

摘要： 本发明公开了一种原子频标频率修正方法、装置及原子频标，属于原子钟领域。所述方法包括：获取GPS信号，所述GPS信号为秒脉冲信号；获取本地参考源输出的参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；对所述频率信号进行N分频，得到分频信号，N为大于1的整数；采用所述GPS信号的秒脉冲作为参考对所述分频信号和所述参考信号中的脉冲个数进行计数，得到一秒内所述分频信号中的脉冲个数N1和一秒内所述参考信号中的脉冲个数N2，N1和N2为正整数；根据一秒内所述分频信号中的脉冲个数N1和一秒内所述参考信号中的脉冲个数N2计算所述压控晶振的频率值；根据所述压控晶振的频率值和所述原子频标的设定输出，计算压控修正电压并输出到压控晶振上。

摘要： 本实用新型公开了一种原子频标故障指示装置及原子频标，属于原子频标技术领域，所述装置包括：四个指示模块，分别指示原子频标的四个模块是否发生故障，每个指示模块分别包括两个指示灯，两个指示灯包括故障指示灯和正常指示灯，四个模块包括压控晶振、电子线路、物理单元中的光谱灯和物理单元中的集成滤光共振泡单元；处理模块分别与物理单元的输出端、压控晶振的输出端及四个指示模块电连接，以采集压控晶振的输出频率值以及物理单元产生的量子鉴频信号，并根据所述输出频率值及采集的所述量子鉴频信号判断所述四个模块是否发生故障，根据判断结果控制四个指示模块的指示灯工作，从而使得用户可以根据指示灯直观判断故障情况。

摘要： 本实用新型公开了一种原子频标伺服锁定装置及原子频标，属于原子频标技术领域，所述装置包括：用于对原子频标的物理单元输出的量子鉴频信号和参考信号进行同步鉴相，产生电压差，并根据电压差和频率稳定度范围计算程控增益值的处理单元；用于采用程控增益值，对处理单元产生的电压差进行程控放大，得到纠偏电压，并采用纠偏电压对原子频标的压控晶振进行电压控制的程控增益单元；处理单元分别与程控增益单元和原子频标的物理单元电连接，程控增益单元与压控晶振电连接。本实用新型提供的技术方案，能够使原子频标输出在短时间内锁定原子基态超精细0-0跃迁中心频率，缩短了锁定所需的时间。

摘要： 本实用新型公开了一种原子频标漂移修复系统及具有该系统的原子频标，属于原子频标领域。所述系统包括：电流检测模块、稳定度检测模块、数模转换器、处理模块和恒流源驱动模块。本实用新型通过检测原子频标的频率稳定度，并根据频率稳定度与电流变化值的对应关系，获得与检测到的频率稳定度对应的电流变化值，将电流变化值除以n得到第一电流值，依次取第一电流值的1至n倍与检测到的当前电流值求和，并将每次求和后的电流转换为对应的电压值输出至恒流源驱动模块调整端，使得调整后的C场线圈电流得到电流变化值的调整，从而修复原子频标的漂移量。