弥漫激光抽运铯束频标实验研究

对本北京大学铯束频标实验室所提出的一种光抽运铯束频标的新结构弥漫激光抽运斜入射光检测铯束频标进行了首次实验。本文论述了这种新抽运检测机制的工作原理及其主要特点,对弥漫激光场的光强分布作了计算和测量,并实验检测了弥漫激光场的光抽运性能。实现了弥漫激光抽运铯束频标实验系统的闭环工作,与HP5071A商品小铯钟比对,此频标实验系统频率短期稳定度为2×10-11/τ,天稳定度为35×10-13。实验表明,弥漫激光抽运这种新颖的单激光工作的频标方案是可行的     

弥漫激光抽运铯束频标实施研究

对本北京大学铯束频标实验室所提出的一种光抽运铯束频标的新结构弥漫激光抽运斜入射光检测铯束频标进行了首次实验。本论述了这种新抽运检测机制的工作原理及其主要特点，对弥漫激光场的光强分布作了计算和测量，并实验检测了弥漫激光场的光抽过性能。实现了弥漫激光抽运铯束频标实验系统的闭环工作，与ＨＰ－５０７１Ａ商品小铯钟比对，此频标实验系统频率短期稳定度为２＊１０＾－１１／√τ，天稳定度为３．５＊１０＾－１３。     

毫米波固态锁相系统的研究

毫米波的频率锁定源是激光频率测量的基础，本文报道了利用谐波混频技术以及耿氏振荡器的偏置电调特性，应用了以ＥＣＬ为基础的数字环路锁相技术，将８ｍｍ和４ｍｍ的毫米波的振荡频率，通过Ｘ波段固态微波锁相源，锁定在５ＭＨｚ高稳晶体振荡源上，获得了高稳定的微波信号，实现了从５ＭＨｚ至Ｗ波段频率稳定度的高精度传递。只要将５ＭＨｚ晶振锁定在铯束频标上，本系统可达到与铯频标相应的准确度。     

铯束频标中压控晶体振荡器的技术要求

压控晶体振荡器是原子频标的重要组成部分。要使晶体振荡器的输出信号保持原子标准所固有的频率准确度和稳定度,所用压控晶体振荡器必须具有优良的性能。本文从分析压控晶体振荡器的技术指标对铯束频标的影响出发,提出对它的技术要求。     

超稳激光技术及其在锶光钟研究中的实现

中国计量科学研究院于2008年、2011年和2018年先后研制了百赫兹、赫兹和亚赫兹量级的超稳激光系统。本文主要介绍各种指标的超稳激光实现的途径及条件,论述参考腔、快速反馈锁定技术及如何运用精密控制技术抑制外界环境对参考腔腔长的影响,获得10~(-15)或更高频率稳定度的超稳激光。从实验上将半导体激光器稳定锁定到30 cm长的高精细度ULE参考腔上,实现了频率稳定度3×10~(-16)的超稳激光。     

基于SR620时差测量系统的设计

时间间隔计数器目前广泛应用于时间频率校准中,针对铷频标和铯频标的计量特性测量,设计了基于SR620的时差测量系统,以测量相对频率偏差、频率稳定度和日频率漂移率,并绘制频率稳定度曲线和频率漂移率曲线。通过实验证明系统测量结果与预期相符,可有效应用于时间频率溯源及校准。     

铯原子喷泉钟驾驭氢钟的预估算法研究

由于铯原子喷泉钟准确度和稳定度极高,故若用喷泉钟去校准或驾驭氢钟组,可以提高原子时标的准确度和稳定度。但因铯原子喷泉钟运行是不连续的,所以给校准或驾驭工作增加难度。设法对当前的预估算法进行了改进,即根据喷泉钟与氢钟频差数据值的即时特性的走势,用SVM技术预估喷泉钟停运时的数据,以提供连续数据去驾驭原子钟组,最终使得钟组频率与铯原子喷泉钟趋于一致,同时保证了时间尺度的准确性和连续性。特编制了具体的SVM预测算法,并用NIM的铯原子喷泉钟实测数据检验了该算法,结果表明TA(NIM)很逼近铯原子喷泉钟,其相对频率稳定度达到1. 99×10~(-15)/天。     

用于光抽运铯束频标的袖珍半导体激光锁频系统

用于光抽运铯束频标的袖珍半导体激光锁频系统王凤芝，杨东海，王义遒（北京大学无线电电子系／，北京１００８７１）ＡＰｏｒｔａｂｌｅＤｉｏｄｅＬａｓｅｒＦｒｅｑｕｅｎｃｙＬｏｃｋｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＯｐｔｉｃａｌｌｙＰｕｍｐｅｄＣｅｓｉｕｍＢｅａｍＦｒ...     

基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法研究

报道了一种基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法,用于提高可调谐外腔半导体激光器(TECDL)的频率稳定度和准确度。自行研制的光学锁相环电路采用数字鉴相与差分运算相结合的方式获得高灵敏度的鉴频鉴相误差信号,并通过高速模拟PID实现整个系统的闭环锁定。利用该光学锁相环系统进行了TECDL偏频锁定至光学频率梳(OFC)的实验,实验结果表明环路锁定后拍频频率波动在±0.3Hz范围内,偏置频率为50MHz时,光学锁相环系统在1s和1000s积分时间的相对阿伦方差分别为1.5×10^-9和8.5×10^-13。系统锁定后,拍频线宽由500kHz压缩至2kHz。该研究表明采用基于光学锁相环的激光稳频方法可以实现亚Hz级的激光频差控制,通过将TECDL偏频锁定至高稳定度的参考激光源可显著提高其频率稳定度,使其能够满足超精密测量、冷原子/离子干涉测量等领域对激光频率稳定度和准确度的要求。     

基于卫星共视原子钟驯服法的远程时间溯源技术研究

通过建立卫星共视原子钟驯服装置,将本地原子时与国家时间频率基准参考站进行共视比对,实现了铷原子钟的驯服标准差2.19 ns,时间偏差稳定度(1天)小于1×10~(-9),相对频率偏差-8.42×10~(-17),频率稳定度(1天)小于2×10~(-14);铯原子钟的驯服标准差1.5 ns,时间偏差稳定度(1天)小于1×10~(-9),相对频率偏差7.03×10~(-17),频率稳定度(1天)小于1×10~(-14)。本地原子时得到有效的溯源,为完善时间标准的检定系统表提供了技术验证。     

633nm波长副基准光频绝对测量实验

为了进行光频的绝对测量实验研究,本课题组研制了基于MgO:PPLN晶体的"单块"结构飞秒激光频率梳,在利用稳频电路将重复频率frep和载波包络相移频率fceo同时锁定到氢原子钟上后,其光频齿的频率稳定度同步于氢原子钟。利用该高稳定度"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳对编号为NO.02的633nm激光波长国家副基准装置进行了激光频率的绝对测量实验,得到了5个峰的测量结果,各光频测量结果相对偏差为10-11量级。     

NIM的微波-光学频率基准研究——复现米和秒定义

报道中国计量科学研究院(NIM)在微波-光学频率计量研究的新进展:用NIM4激光冷却-铯原子喷泉钟复现国际单位制(SI)时间单位秒(s),用飞秒(FS)光学频率梳间接复现长度单位米(m)并标定稳频激光波长实际实施米定义.NIM4铯原子喷泉钟的不确定度达到5×10-15,飞秒(FS)光梳锁定到NIM4钟控制的氢钟后,其频率不确定度为2.2×10-14.在此基础上讨论铯原子喷泉钟、稳频激光、FS光梳的作用、意义和相互关系.最后简要介绍NIM5铯原子喷泉钟的研究进展和2006年起NIM立题研制锶原子存储光钟.     

国产高性能光抽运小铯钟研制进展

介绍了北京大学利用光抽运小铯钟相比于传统的磁选态小铯钟有更高的铯原子利用率的优势,在频率稳定度方面取得的突破性进展;总结出了光抽运小铯钟达到高性能的关键因素在于铯束管优值、激光稳频和电路地噪声;最终优化后的光抽运小铯钟频率稳定度均超过了5071A优质管2倍以上,典型值为3 × 10^-12 / τ^1/2;近三年来陆续研制出8台光抽运小铯钟,初步实现了高性能光抽运小铯钟工程化。     

数字调频铯束频标中微波功率对频标准确度的影响

北京大学实验室实现了光抽运铯束频标数字微波调频及数字伺服锁定。频率秒级稳定度达到１１×１０－１１。实验中发现微波双频功率的不平衡对频标准确度影响很大。本文报告了实验结果，并给出了理论解释和计算。计算结果与实验数据符合得很好。     

GPS载波相位时间频率传递的研究

构建了GPS载波相位时间频率传递系统,初步实现了GPS载波相位时间频率传递.使用GPS载波相位进行了两种不同类型的实验,包括零基线和长基线实验.在数据处理中,使用了专业GPS测地软件包结合自主开发的软件处理30 s间隔GPS载波相位观测数据,分析了1 min间隔的相对时钟估计结果.零基线实验结果表明,GPS载波相位时间频率传递在1d内的数据有约100 ps的时间稳定度,即在采样间隔为1 d时,与之对应的频率不确定度约为2×10~(-15);通过计算其阿伦方差可以看出,其具备远程测量某些原子钟(包括一些铯钟)频率稳定度的能力.在长基线实验中,GPS载波相位时间频率传递在一天的数据中具有约900 ps的时间稳定度,即在采样间隔为1 d时,与之对应的频率不确定度约为2×10~(-14).     

基于北斗共视的频率标准实时性能评估

为实现频率标准的远程实时性能评估,提出利用北斗共视技术搭建远程评估实验系统,以贵州省计量测试院的铯原子频率标准为例,用中国计量科学研究院的原子时标国家计量基准对其进行实时评估.实验表明,在简化儒略日59144～59159内铯原子频率标准的平均时间偏差为-12.0ns(U=6.6ns,k=2),平均频率偏差(τ=1d)为-2.8×10-14(U=6.2×10-14,k=2),时间稳定度(τ=1d)为0.87ns(U=5.2×10-2ns,k=2),频率稳定度(τ=1d)为2.2×10-14(U=1.4×10-14,k=2).     

镱离子光钟的多波长数字PID激光稳频系统

针对镱离子光钟实验中激光冷却并操控离子时,激光器频率漂移影响原子钟系统的问题,基于数字PID控制方法,设计了一种新的多通道频率-数字信号转换稳频方法,将多路多波长激光频率锁定在波长计的参考频率上。对激光器锁定前和锁定后的频率进行一定时长的数据采集及数据对比,激光频率漂移由800 MHz控制在± 0.8 MHz,激光频率稳定度由9.29 × 10^-10@1 s优化至2.79 × 10^-10@1 s,频率千秒稳达到3.85 × 10^-12。该系统简单、易实现,具有小型化、适应性强的优点。     

一种双混频时差测量系统

本文根据Allan提出的双混频时差(DMTD)测量系统的原理和方法,着重对上海天文台建立的100兆赫双混频时差测量系统进行了分析。其测量精度目前约为2×10~(-12)τ~(-1)(0.1s≤τ≤1000s),已应用于晶振、铷钟和铯钟的无间隙时间不偏调频率的稳定度测量以及次级频标的校频中。     

使用Fabry—Perot干涉腔稳频的GaAlAs激光器(英文)

GaAlAs激光器的激射频率被锁定于Fabry-Perot干涉腔上。在锁定之后其激射频率的涨落已被大大地降低。所测得的频率稳定度(对Fabry-Perot干涉腔中心频率的跟踪稳定度)如下:其中第1个稳频系统为5×10~(-12)(1s)、1.5×10~(-12)(10s)、1.2×10~(-12)(100s);而第2个稳频系统为8×10~(-12)(1s)、2×10~(-12)(10s)、1.8×10~(-12)(100s)。     

用强度比较方法对氩离子激光进行频率稳定

本文描述一种用强度比较方法对Ar~+激光进行频率稳定的实验。该实验借助于法布里-珀罗共振器作参考腔,在Ar~+激光频率波动谱的1kHz附近,将激光器的频率稳定度提高50～60dB,相应于稳定后的Ar~+激光具有1Hz/(Hz)~(1/2)的线性(振幅)频率波动谱密度。