NIST下一代芯片级原子钟研究进展

如图1所示,NIST(美国国家标准与技术研究院)下一代微型原子钟的核心是一个芯片上的气室(以高"光学"频率"滴嗒"振动),显示在一颗咖啡豆旁。玻璃气室(芯片中的方形窗口)中含有铷原子,其跃迁提供时钟的滴嗒。整个时钟由三个微晶片组成,外加辅助电子和光学元件。一、核心组件如图1所示,NIST的物理学家和他们的合作伙伴展示了一种实验型的下一代原子钟,这种原子钟以高"光学"频率"滴嗒",比通常的原子钟要小得多,由三个小芯片加上支持电子和光学的芯片组成。     

一种原子钟组加权的优化策略

原子钟组集成技术广泛应用于计时系统中,以保持原子时标的准确性、稳定性和连续性。相同环境下的原子钟之间可能存在一定的相关性,这在一定程度上限制了原子时标性能。从原子钟组与其协方差矩阵的相关性出发,考察了相同环境因素对原子钟频率特性的影响,基于正则化理论设计了一种原子钟组加权方法。将该方法应用于中国计量科学研究院铯钟组,实验表明有效降低了原子钟组的输出频率不稳定性。     

科学家研发新型时钟 用原子称重方式计时

<正>物理学家近日表示,一种新型的时钟可以通过原子称重的方式计时。和标准的原子钟相比,它的工作原理有着很大的不同,这种新型时钟能更加精确地记录时间。标准的原子钟利用了原子吸收电磁辐射这一原理,如某些特定频率的光,它的内部结构可以从一个量子态跳跃到另一个量子态。该时钟本质上就是将原子暴露在辐射中找到这种频率的辐射,然后随着时钟嘀答声一直不停工作。原子钟可以很好地保持官方世界时间的精确度,一亿年内的误差小于1s。     

新型原子钟有望重新定义“千克”单位

科学家测出了单个原子的物质波振荡频率,并以此为基础,构建了一台与原子质量相关的原子钟。这一进展或许能够用一种可重复的方式,更加精确地重新定义"千克"这一质量单位。我们使用的大多数单位,都是以精密的微观测量为基础的——比如1秒钟的时间长度,就是用特定原子的某种规则振荡来定义的。唯一的例外是质     

芯片级原子钟的研究进展

芯片级原子钟是一种小型、低功耗、高精度的时间频率设备,与微惯性测量组合和卫星导航技术相结合,形成微型导航定位授时单元,可广泛应用于国民经济、军事领域和国家安全等方面。本文介绍了国内外芯片级原子钟的研究进展及现状,阐述了芯片级原子钟研制的难点及需要突破的关键技术,包括微型原子气室制备技术、微机电系统集成技术和芯片级光学频率梳技术等,最后对芯片级原子钟的发展趋势进行了展望。     

芯片级原子钟的气密性能分析

基于相干布居囚禁(CPT)原理芯片级原子钟(CSAC)原子腔体积小、采用微电子机械系统硅-玻璃键合工艺制造,其气密性是决定CSAC寿命的关键因素。本文提出了"多层缓冲原子腔"方案大幅度提高原子腔的气密性能,从而提高CPT CSAC的稳定性和寿命。建立了一个"毛细管等效气流模型"模拟多层缓冲原子腔的泄漏以分析原子腔的气密性能,应用Matlab仿真对比了单层密封、多层密封、添加保护腔等不同方式下气密性能的改善幅度。仿真结果验证了"多层缓冲原子腔"在提高CPT CSAC物理系统气密性能方面的可行性和有效性,为原子腔的设计提供指导。     

原子手表千年误差不超过一秒 即将上市

正据国外媒体报道,近期美国国家标准与技术研究院(NIST)确定了美国的最新时间标准。这种新的原子时钟非常精准,每3亿年出现的时间偏差都不会超过1秒钟。这对于重要的国家科学组织来说是一种保障。夏威夷手表制造商John Patterson发现了这个商机,他在Kickstarter网站发起一个新的项目,想要让原子手表走向市场。这种手表和NIST的原子时钟一样,     

综合多家实验室的原子时标发布系统设计

综合多家实验室的原子时标发布系统,是根据国内8家守时实验室提供的原子钟数据进行模块化设计而完成的。该系统包括原子钟数据预处理,原子时标计算和原子时标数据发布3个模块;采用MATLAB进行数据处理与时标计算,用GUI进行数据可视化设计;具有算法流程清晰,功能模块简洁,人机交互界面友好等特点。实际数据运行结果表明,系统设计的综合原子时标与UTC的时间偏差优于±10ns,数据发布内容可满足国内相关领域科研的需求。     

NPL:用光频梳测量光学原子钟的频率

<正>英国国家物理实验室(NPL)的研究人员证明了两种不同类型的飞秒光频梳之间具有高度一致性,飞秒光频梳是用来测量新一代原子钟频率的仪器。NPL的基准钟是一台铯原子喷泉钟,复现现在的利用铯原子定义的SI单位"秒"。但是,现在科学家研究的光钟的计时准确度比现有最好的铯原子钟的准确度都高,光学原子钟利用的是激光冷却的离子和原子。计时准确度的提高说明未来科学家会利用光学频率重新定义秒。但是作为基础,要先比较多种类型的     

NIST推出新的美国时间标准NIST—F2

美国国家标准与技术研究院（NIsT）目前正式推出原子钟NIST-F2,与现有的NIST—F1标准一同作为新的美国民用时间与频率标准。NIST—F1自1999年以来一直作为标准,NIST-F2的准确度相当于3亿年不差一秒,是NIST-F1的3倍。     

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。     

NIST 创造新的原子钟稳定性记录

近日．美国国家标准与技术研究院（NIST）的物理学家们在《科学快讯》撰文称其研制的一对镱原子钟试验装置创造了新的原子钟稳定性记录。稳定性是指计时装置计时周期之间差异的程度。若将该镱原子钟视为摆动的钟摆或节拍器．则可以实现从宇宙产生以来的准确计时。     

NIST时间频率溯源链的重要特征与思考

对NIST的时间频率溯源链的重要特征给予述评。介绍NIST的宗旨、任务,阐述了溯源链的含义、意义和标准时间的保持、控制和频率基准在守时中的重要作用。给出授时系统溯源链方块图和性能指标。说明了NIST时间频率标准和国际原子时(TAI),世界协调时(UTC)之间的统一关系。并对建立我国的独立自主的原子时频标准系统进行了讨论。     

一种由NIM5铯喷泉基准驾驭实现的独立时标TA（NIM）

原子时标TA（NIM）是一个独立时标,其频率由NIM5铯喷泉基准驾驭。产生时标的主钟是一台主动型氢原子钟,铯喷泉基准定期对其测量和校准。时标算法通过预估氢钟将来的频率,补偿过去预估频率与校准频率之差,并评估无校准数据期间的氢钟频率,最终尽可能实现TA（NIM）的频率与NIM5铯喷泉基准保持一致。2007年8月,TA（NIM）开始试运行,2008年6月正式运行。1年多来的数据分析表明,TA(NIM)运行连续可靠,与TAI间的时间稳定度(5天)达到1.2 ns,相对频差为2.0×10^-15。     

NIST发明快速制造微型频率梳的方法

正激光频率梳是高精度的测量仪器,用以测量光的不同颜色,它的应用范围日益广泛,诸如先进的原子钟,医疗诊断和天文学领域中都有它的踪影。现在不仅它的体积变得越来越小,而且也变得更易于制造。美国国家标准与技术研究院(NIST)的科学家现在仅用1min就可以制造微型频率梳的核心部分。而如果使用传统的精密加工技术则需耗费数小时、数天甚至数周才能完成。     

新一代时间频率基准--激光冷却、操控的铯原子喷泉钟

20世纪50年代发明原子钟以来．原子钟获得愈来愈广泛的工业应用．重要性也愈来愈显著．特别在导航和信息领域。今天知名度很高的“GPS”(导航星全球定位系统)，其控制核心便是原子钟。没有原子钟，远距离定位到几十米、几米、乃至几厘米。根本无法想象；现在的宽带网络，也要用原子钟作为频率时间标准支撑，网络     

原子钟在导航星和空间站的应用

２０世纪原子钟的最辉煌应用莫过于由它构成全球定位系统的核心。而６年前刚研制成功的冷原子钟 ,今天又迅速链接至空间应用 ,成为未来新一代的空间频率基准。这些原子钟 ,不仅结构紧凑、可靠性高、寿命长 ,而且具有高性能水平 ,代表着原子钟的顶尖级应用。一、便携式原子钟自２０世纪５０年代发明原子钟以来 ,有三种类别的原子钟以其便携式装置迅速进入工业应用 ,它们分别是铷原子钟、铯原子钟和氢原子钟。原子钟是一种以所用原子内部能级跃迁相应辐射频率为参考标准的频率自动控制装置 ,其实用频率源为压控晶体振荡器（５ＭＨｚ）。原子钟…     

锶时钟的工具和技术

科学家们已经在锶光学原子钟的开发上取得了突破，它依靠对时钟信号进行超高质量的光传输，可以提供相当于铯基计时器更为精密和准确的时间。锶原子钟同时使用数千个原子，从而可以提高测量的精度，此技术可以在工业，航海和通讯方面使用。     

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...     

电化学原子层外延及其新材料制备应用研究进展

电化学原子层外延(ECALE)是电化学沉积和原子层外延技术的结合,通过运用欠电势技术交替电化学沉积化合物的组成元素一次一个原子层而实现外延生长.详细介绍了电化学原子层外延(ECALE)的基本原理和特点,分析了影响ECALE过程的关键要素,并进一步介绍了它在新材料制备中的应用研究进展.