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

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200Hz处的绝对相位噪声为108dBc/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。     

芯片相干布居囚禁原子钟

对基于相干布居囚禁（CPT）态原子的芯片级原子钟技术进行了综述,包括CPT原子钟的基本原理、Ramsey?CPT原子钟技术、CPT原子钟的微小型化方案、CPT芯片原子钟的发展等,对其中的关键技术：激光频率调制、Ramsey技术、左右旋圆偏振光泵浦（push?pull）、激光和微波稳频以及微光机电加工系统（MOEMS）等技术进行分析讨论,最终总结出CPT原子钟向着低功耗、芯片化和时钟精度高的方向发展。     

石英音叉谐振式温度敏感元件设计

针对高精度温度测量需求,设计了一种新切型石英音叉谐振式温度敏感元件,通过悬臂梁弯曲振动微分方程理论计算和有限元预应力大形变模态仿真,分析了敏感元件的温频特性.采用石英MEMS加工工艺,研制出石英谐振式温度敏感元件,封装成测试样机,搭建温度测试平台并对原理样机进行性能测试.与理论计算和有限元仿真结果进行比对,可知理论计算和有限元仿真能准确反映出敏感元件的温频特性.在-40~60℃的温度范围内,样机的测试结果为:标称频率为67 377.656 Hz,灵敏度为-0.71 Hz/℃,一阶频率-温度系数为-1.225 1×10~(-5)℃~(-1),重复性为0.022%,迟滞为0.054%.     

环境温度对氢原子钟性能的影响

本文探讨了被动型氢原子钟在宽温度环境下的频率特性,为小型、易搬运、高可靠、环境适应性强、高性能氢原子钟的研制提供了参考.将被动性氢原子钟置于温箱,测量其在不同温度下的开机特性、频率稳定度、频率准确度等参量.本文在10℃~35℃的宽温度范围内进行测试分析,研究了环境温度对氢原子钟开机特性、频率准确度及频率稳定度的影响.对于被动型氢原子钟在恶劣环境下的研制和应用提供可靠的依据和参考,也可为研究其它类型原子钟受温度的影响提供借鉴.     

CPT原子钟系统的数字正交解调算法及实现

介绍了将数字正交解调算法应用于CPT原子钟系统的锁相环路,通过FPGA硬件结构实现解调功能所开展的研究.经MATLAB和QUARTUS2的联合仿真表明,该算法抗噪声能力强,解调结果可靠性高,是应用于高性能CPT原子钟的理想算法.实际应用于CPT原子钟的实验结果与理论预期和实验仿真结果相一致.该方案有利于原子频标的工作状态调整和保持产品性能一致性.     

锁相环路对氢原子钟性能影响的实验分析

实验以上海天文台SOHM-4型氢原子钟脉泽信号和新研制的模拟-数字混合型锁相环路为基础,主要分析锁相环路参数对氢原子钟输出信号的短期频率稳定度和单边带相位噪声的影响。针对氢脉泽信号高Q值的特殊性,通过理论分析和实验验证寻求与其相匹配的最佳环路参数。实验结果表明,锁相环路的参数设置直接影响到氢原子钟输出信号的性能;在脉泽信号不变的情况下,改进后的锁相环路和主电子学系统可使氢原子钟的频率稳定度提高至1.7×10^-13/1s, 3.3×10^-14/10s, 9.1×10^-15/100s, 2.9×10^-15/1 000s, 1.4×10^-15/10000s,即较之原有的技术指标,在各取样时间范围内,频率稳定度的测试结果均提高了半个量级。     

用于原子干涉仪的光学锁相环系统

研制了一种用于原子干涉仪的外差式光学锁相环系统，实现了两台外腔半导体激光器频率和相位的同步，锁相后的激光拍频线宽低于1 Hz，10 MHz积分带宽内的残余相位噪音为0.002 rad2，频偏1~100 kHz范围内的相位噪音达到-100 dBc/Hz。研究了闭环相位噪音对原子干涉仪的影响，当自由演化时间为200 ms、拉曼π脉冲时间为30 μs、单次循环时间为1 s时，锁相后相位噪音对重力测量灵敏度的贡献为10μGal?Hz-1/2     

毫秒脉冲星计时和原子时

本文介绍毫秒脉冲星的时间频率和相关物理特征 ,阐述脉冲星计时研究的意义及国际上在脉冲星计时原理、方法和技术研究方面的最新进展。根据近年来对毫秒脉冲星PSR1 937+2 1和 1 85 5 +0 9等计时观测资料分析结果的报道 ,毫秒脉冲星计时精度已达 1× 1 0 - 7s,其自转频率稳定度可以和原子钟相媲美 ,其频率长期稳定度已达 2× 1 0 - 1 4 ( 0 6a≤τ≤ 2 .6a) ,并可望达到更高水平。由综合脉冲星时间算法而得到的毫秒脉冲星时比现代原子时有更高的长期稳定度。文中还对毫秒脉冲星计时中的关键问题作了讨论 ,并对此领域发展的前景给予了展望。     

新型国产氢原子钟的设计改进及其在守时中的初步应用

氢原子钟是一种稳定的频率标准,环境温度变化及微波谐振腔的老化比较容易引起其输出频率的变化,从而导致钟的长期性能变差.上海天文台针对这些年来许多氢钟出现的相关的问题,结合国外氢钟实验室的经验,对谐振腔自动调谐器、温度控制的设计进行了改进以改善氢原子钟的长期性能.描述了为国家授时中心守时系统所研制的氢原子钟的技术改造特点与所达到的性能指标及在守时中的应用结果.     

基于分子蒸馏原理的金属铯提纯实验系统研制

为了进一步提高铯原子钟用金属铯原料的纯度,研制了一套刮膜式分子蒸馏实验系统,进行99.5%金属铯的进一步提纯。本文介绍了系统的结构,对系统的真空性能、刮膜器性能进行了实测,最后进行了金属铯提纯实验。实验结果表明:系统的极限真空度达到4.3×10-6Pa,工作真空度达到5.0×10-4Pa,刮膜器转速实现0~300 r/min范围内可调,均符合设计要求。金属铯经过该设备蒸馏后纯度达到99.95%,可以满足铯原子钟的使用要求。