新型原子钟及其在我国的发展

简述了原子喷泉(铯和铷)钟、离子微波钟、原子(离子)光钟、相十布居陷俘(CPT)钟、脉冲激光抽运(POP)铷原子钟以及积分球冷原子钟等新犁原子钟的基本原理;概述了这些新型原子钟在我国的研制概况,包括主要方案、特点和进展情况;指出了这种采用激光冷却和陷俘以及新物理原理的新型原子钟具有很高的潜在稳定度和准确度.最后,表明这种新型原子钟,尤其是原子(离子)光钟在我国的发展尚处起步阶段,并对这种新型原子钟在我国的发展提出了建议和评述.     

空间冷原子钟原位探测微波腔设计

高精度空间冷原子钟在基础物理研究、导航定位系统,以及深空探测领域均有重要应用。为此,设计了一种结合激光冷却与原子原位探测方案的新型微波腔,在该微波腔中心可以俘获与冷却铷原子,然后在微重力环境下对冷原子样品开展原子钟操作。该方案相对于已有的空间冷原子钟方案,在减少冷原子损耗、死时间占比和分布腔相移上具有较大的优势。分析了微波腔的详细结构与光学设计,确定了微波腔需要的基本参数,并对微波腔内部的微波磁场进行了仿真分析。在已完成研制的微波腔内开展特性测试,测试与仿真结果说明,所设计微波腔的性能可以满足不确定度优于1×10~(-16)的高精度空间冷原子钟的要求。     

从米到秒:中国计量院的微波-光学频率基标准研究

文中介绍中国计量科学研究院(NIM)在微波-光学频率计量基标准研究的新进展: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5E-15;fm光梳锁定到NIM4钟控制的氢钟后,其频率不确定度为2.2E-14.在此基础上讨论铯原子喷泉钟,稳频激光,fm光梳的作用,意义和相互关系.最后报道2006年起NIM立题研制锶原子存储光钟.     

空间冷原子钟原理样机地面测试结果

介绍了空间激光冷却原子钟地面原理样机的实验进展。该样机是以在空间微重力条件下应用为目标而研制的超高精度激光冷却铷原子钟,主要由物理单元、光学单元、微波单元和控制单元四个部分组成。该原理样机已经成功研制了空间冷原子钟所需要的超高真空系统、激光冷却光学平台、高性能微波源以及微波环形腔,实现了全过程自动运行,并获得了在地面重力条件下标志原子钟信号精度的Ramsey条纹,确定了高精度空间冷原子钟的主要科学参数和技术指标,为进一步空间工程应用奠定了科学和技术基础。     

基于PDH技术的光学传递腔的锁定

要实现分子激光冷却,一般需要多束频率稳定的窄线宽激光。提出采用Pound-Drever-Hall(PDH)技术将冷却激光通过光学传递腔的方法锁定到铷原子饱和吸收稳频的半导体激光上,从而实现冷却激光线宽压窄和频率长时稳定的实验方案。设计并制作了法布里-珀罗(F-P)光学腔,建立了光学稳频系统,实现了光学腔到参考光源的锁定。     

铷原子钟微波谐振腔的发展与应用

随着现代通信技术以及市场需求的发展，铷原子钟产品不断更新迭代，正在向小型化、高性能的方向发展。微波谐振腔作为铷原子钟的核心部件，正在不断向小型化方向发展。本文阐述了铷原子钟工作原理以及微波谐振腔的谐振理论，分析了铷原子钟常用的谐振模式及其场分布，介绍了铷原子钟微波谐振腔的发展以及模式转变，由此发展了填充陶瓷介质的TE₁₁₁标准谐振腔以及模式类似TE₀₁₁的非标准谐振腔。铷原子钟微波谐振腔未来也将继续向着体积更小、性能更高的方向发展。     

铷87原子钟采用光泵浦

美国载人飞船中心信息系统分部实验室制造了一种原子钟,这种钟没有主发条或摆,它用铷87原子的特性共振频率产生基本计时脉冲。这种激励铷原子中电子的方法称为“光泵浦”。此时,电子被感应,以一种已知频率振荡,因而形成保持非常精确的时间的基础。     

激光抽运铷原子频标的实验研究

研制了激光抽运铷原子频率标准 ,对其多种参数及指标进行了测量 ,分析并提出了如何提高指标的相应措施。     

A Kind of Magnetron Cavity used in Rubidium Atomic Frequency Standards Yang Shiyu(杨世宇), Cui Jingzhong(崔敬忠), Tu Jianhui(涂建辉), Liang Yaoting(梁耀廷)

研究了一种应用于铷原子频标的磁控管腔,其中包括磁控管腔的主要特征和参数计算,测试结果与计算理论吻合较好,所设计的磁控管腔能够满足铷原子频标的设计要求。     

微波谐振腔测量气体激光器电子密度

微波谐振腔方法广泛地用来测量气体激光器的电子密度.当等离子体置入微波腔后,由于放电等离子体对微波腔频率的微扰,引起谐振腔共振频率漂移及Q值变化,而频率漂移及Q值变化,又与等离子体的电子密度及空间分布、电子瞬间跃迁碰撞频率和它的空间分布等参数密切相关.由一级微扰理论,共振腔频率漂移(?)ω与具有电导σ的等离子体的关系如下:     

气体激光器圆柱形微波激励谐振腔的微扰理论分析及其应用

导出了工作于ＴＭ０１０模的圆柱形微波等离子体腔中等离子体与腔谐振频率关系的精确解析式和微扰近似公式，比较结果表明：在微波激励低气压气体激光器中微扰理论可相当精确地分析微波等离子体对腔的扰动效应。给出了消除等离子体与管壳的扰动引起的腔失谐的方法，从而在气体激光器中成功地形成了稳定与均匀的微波等离子体和稳定的激光输出。用微扰理论使此腔又具有测量等离子体电子密度和管壳微波介电常数的功能     

平板介质的微波分裂腔法介电常数测试技术

为实现微波频段平板类介质材料的介电常数的无损测试,研究了分裂式圆柱形谐振腔测试方法。介绍了分裂式圆柱形谐振腔的电磁场分析理论,采用模式匹配技术实现了介质加载条件下腔内电磁场分布的精确求解,得到了腔体谐振频率与材料介电常数之间的准确关系。在理论分析的基础上,制作了空腔谐振频率为10 GHz的分裂式谐振腔,并与前期研制的闭式谐振腔进行对比测试,介电常数实部测量结果相对误差小于1%。与国外同类产品进行对比测试,介电常数实部结果基本一致,损耗角正切测量结果更接近于文献参考值。因此,微波分裂腔法能够实现平板介质板材的无损测量,具有准确度高,使用方便等突出优势,可在微波频段内实现介电常数为1～20,损耗角正切为1×10^-3～1×10^-5,板材厚度为0.1～2.0 mm的各类平板介质材料介电常数的准确测试。     

铯原子喷泉频标中的辐射频移及其对频标准确度的影响

研究了铯原子喷泉频标中存在的各种辐射频移,包括微波频谱边带频移、Ｂｌｏｃｈ－Ｓｉｅｇｅｒｔ效应、相邻π跃迁引起的频移、斯塔克效应、黑体辐射频移和Ｍａｊｏｒａｎａ效应等,分析了产生各种频移的物理原因,推导了各种频移的计算公式,估算了各种频及其不确定度的大小,分析了它们对频标准确度的影响,提出了减小各种频移或误差以提高频标准确度的方法。研究所得结果对于正确评定铯原子喷泉频标准的准确度和探索提高其准确的     

微波脉冲对电容近炸引信腔体耦合特性分析*

利用有限积分法仿真分析了微波脉冲对电容近炸引信腔体的耦合过程,分别分析了微波入射方向、 电场极化方向和微波频率对引信腔体耦合特性的影响。结果表明:微波入射角度为30°、电场极化方向与弹轴夹角 为30°时,耦合系数最大;引信探测电路位置处的微波场最强;随着微波频率增大,耦合系数存在明显减小的趋势,同 时存在多个共振增强的频率点。分析表明,对于环状孔缝而言,其共振频率与矩形孔缝不同,且数值与环状孔缝的 圆周长成反比。     

一种新型圆柱型谐振腔用于闪蒸实验研究

针对工业废水的处理设计了一种新型圆柱形谐振腔用于微波闪蒸腔体结构。本文首先通过波导理论推导了圆柱谐振腔中的电磁场分布,其次编程计算出圆柱谐振腔体中模式数分布对腔体设计的影响,最后利用HFSS仿真软件对腔体结构及其馈口的位置进行了优化,并最终根据优化结果制造出第一代闪蒸腔体。采用微波闪蒸技术和常规闪蒸技术处理含Zn2+和硫酸的废水,进行实验对比,实验结果表明微波闪蒸技术要优于常规闪蒸,并且闪蒸效果良好。     

微波化学谐振腔的模式抑制研究

对一种微波化学反应腔及其中的圆柱腔如何实现单模谐振和调谐进行了研究,得到了不会因为置入材料的不同而产生失配的新型系统结构。在腔体和系统设计中,谐振腔由谐振腔主体、谐振腔上盖和谐振腔下盖组成,谐振腔下盖通过电机升降实现上下移动,由此改变腔体的谐振频率,实现了2.2~2.6 GHz 的调谐范围。利用标量函数法分析扇形腔的场结构,根据目标模式的分布特点提出了多种干扰模式净化技术,最后得到了频率范围为2.2~2.6 GHz 的单模谐振腔。     

A kind of magnetron cavity used in rubidium atomic frequency standards

Research on the magnetron cavity used in the rubidium atomic frequency standards is developed, through which the main characteristic parameters of the magnetron cavity are studied,mainly including the resonant frequency,quality factor and oscillation mode.The resonant frequency and quality factor of the magnetron cavity were calculated,and the test results of the resonant frequency agreed well with the calculation theory.The test results also show that the resonant frequency of the magnetron cavity can be attenuated to 6.835 GHz,which is the resonant frequency of the rubidium atoms,and the Q-factor can be attenuated to 500-1000.The oscillation mode is a typical TE₀₁₁ mode and is the correct mode needed for the rubidium atomic frequency standard.Therefore these derivative magnetron cavities meet the requirements of the rubidium atomic frequency standards well.     

基于LTCC腔体结构的新型微波多芯片组件研究

 传统的微波多芯片组件(MMCM)金属壳体气密封装存在需要增加重量、互连线和成本等缺点.采用低温共烧陶瓷(LTCC)腔体技术为MMCM研制提供了一种实现微波互连基板和封装外壳一体化的理想解决方案.本文采用微波分析软件对微波LTCC腔体及其过渡结构进行了仿真和优化,并与LTCC腔体试验样品的测试结果进行了对比,两者吻合较好.采用微波LTCC腔体技术研制成功一个X波段T/R组件接收支路.     

微波快门的理论分析

应用微波谐振腔的谐振隔离特性及电磁力作用原理,研制出一种小巧、灵活的微波叶片式开关,它转动灵活,速度快,开启状态损耗小,关闭状态反射大。它可用作保护开关、功率分配开关、功率转换开关、时分开关等。本文对其工作原理、性能及结构特点作了详细分析,实际制作了1个微波快门,并对其进行了测试,得到的电性能参数优良。在开启状态,实现了驻波≤1.1、传输损耗≤0.1 dB;在关闭状态,隔离度可达30 dB以上。计算结果与实测结果基本一致,表明该实现方法正确和有效。