蓝宝石主动型氢原子频标

研制了采用蓝宝石加载微波腔的蓝宝石主动型氢原子频标,腔体外径18 cm,高度20 cm,重量约2.5 kg。由于微波腔体积的减小,整钟体积较传统大氢钟明显减小。经中国计量科学研究院测试,该蓝宝石主动型氢原子频标的技术指标为3.0×10-13@1 s、3.8×10-15@1 d,是目前国内体积最小的高指标、高可靠主动型氢原子频标,可在实验室、车载等环境下使用。     

氢频标用小型蓝宝石加载微波腔研究

对文献报道的蓝宝石加载微波腔进行了性能分析, 并根据该分析结果设计了可以实际使用的蓝宝石贮存泡和微波腔. 通过实际测量,新型蓝宝石微波腔的Q值可达70 000, Q×η为39 200左右. 通过在腔内添加负温度系数晶体--钛酸锶(SiTiO3), 有效地将该腔体的温度系数从-56.3 kHz/℃减小到了-34.5 kHz/℃, 而微波腔的Q值始终保持在60 000以上.     

结构参数对小型氢频标磁控管微波腔谐振频率的影响

本文概述了小型氢频标磁控管微波腔的结构参数及其性能要求,指出在1到10GHz之间,一般随着电极缝隙数和缝隙间距的增加,随着筒直径、壳电极直径和壳电极厚度的减小,微波腔谐振频率随之增加;反之则减小.     

汞离子频标数据采集系统的小型化设计

为实现汞离子微波频标电子伺服系统的小型化,设计了一种基于FPGA的汞离子频标数据采集系统。采用宽带、高速、低功耗的微芯片电路模块对离子跃迁谱线的微弱荧光信号进行放大、整形、降噪处理;利用FPGA高速光子计数法对信号进行采集。取代了传统的计算机软件LABVIEW与商用仪器结合的数据采集系统,实现了对离子微波频标物理系统中微弱荧光信号的有效采集。     

汞离子微波频标光学设计

汞离子微波频标利用汞灯进行抽运,可实现小型化,同时具备体积小、指标高的优势,未来可在卫星导航、深空探测和守时中得到广泛应用。为了提高抽运效率及降低噪底,需要进行汞灯光学设计,使抽运光通过四极阱中心与囚禁离子充分作用的同时减少与真空腔及四极杆的反射。首先提出遮挡光源法和非等比例放大法两种光学设计方法。然后介绍了两种设计方法的具体设计过程和设计结果,并比较了两种光学设计方法汞灯的能量利用率。最后利用非等比例放大法进行光路优化设计,并完成了物理系统信号探测实验。实验结果表明：采用该光学设计方案,汞离子光微波双共振跃迁信号幅度提高了20%以上。     

基于囚禁离子的微波频标研究进展

微波频标在卫星导航、精密计量、电力、通信等众多领域得到广泛应用,发挥了不可或缺的重要作用。近些年,国际上多家科研单位都在开展新型微波频标的研究,其中基于囚禁离子的微波频标具有高性能和小型化等优势,成为倍受关注的新一代微波频标。本文综述了离子阱微波频标的国内外研究现状,介绍了Penning阱和Paul阱两种常见离子阱的工作原理,以及¹⁹⁹Hg⁺,¹¹³Cd⁺,¹⁷¹Yb⁺等离子微波频标的研究动机、应用领域、技术方案和实现的技术指标。最后,本文对离子阱微波钟在守时钟、星载钟等方面的应用前景进行了展望。     

超导稳频振荡器的研究

基于理论分析和计算机仿真,得到了超导稳频振荡器的设计方案,主要包括高Q超导腔、低温环境及锁相环电路等组件的设计。通过实验验证,超导腔的Q值达到2×10⁹,低温环境温度达到1.8 K,温度的稳定度优于0.001K。根据实验结果优化设计后进行系统联调,得到了初步实验结果,超导稳频振荡器的1s频率稳定度达到10^-13量级     

用于气泡型铷频标的新型环极式微波腔

设计出一种用于气泡铷原子频标的新型环极式感容结构微波腔,它具有结构简单、加工方便、微波场模式优越、腔频易调等优点.用该微波腔研制的铷频标具有很高的信噪比,短期频率稳定度达到2.2×10-12/τ,此结果表明该微波腔可用于制作高性能铷原子频标.     

铷原子频标中微波功率频移的实验研究

测量了铷原子频标中的微波功率频移，结果表明，微波功率频移主要来源于微波跃迁的二级微扰。提出并实现了抵消微波功率频移的方法。     

主动型氢原子钟蓝宝石温度补偿谐振腔的设计分析

对SrTiO_3晶体环在不同几何尺寸蓝宝石谐振腔下的温漂补偿效果及其对蓝宝石谐振腔无载Q值的影响进行了仿真和数值计算,总结出不同尺寸蓝宝石谐振腔温度系数和无载Q值的变化规律.讨论了零腔频漂移补偿点的存在范围.最后通过对填充因子η′随几何尺寸变化的计算和对温度补偿效果的讨论,得到了兼顾体积、Q值、填充因子η′、S参数、温度漂移系数的填充SrTiO_3补偿晶体蓝宝石谐振腔.     

小型TE111无泡隔膜腔氢脉泽的实验研究

研究了圆柱形ＴＥ１１１模式无泡谐振腔,根据脉泽振荡条件验证了新模式的可行性,对该谐振腔进行了模式分析、结构设计及腔频灵敏度计算,并对这种氢脉泽进行了感应辐射信号的观察和正反馈振荡实验。这种体积为传统谐振腔一半的隔膜腔的应用对高性能氢脉泽的小型化具有重要意义。     

腔体自动调谐氢脉泽的研究

氢脉泽是迄今为止除极短时间测量间隔之外最稳定的频率标准 ,但对于 1 0 4秒或更长的测量时间间隔 ,它的性能由于高Q值谐振腔而引起频率漂移而变坏。由于环境温度的变化及谐振腔老化而引起谐振腔频率的变化 ,导致氢脉泽长期频率稳定度的降低。为了减小这种影响需借助一种自动调谐器来确保谐振腔的频率始终工作在所需的频率上 ,以改善氢脉泽的长期频率稳定度 ,其日稳定度可达 1 0×1 0 - 1 4 。本文描述了上海天文台研制的带有腔体自动调谐的氢脉泽的性能     

Tuning of Hydrogen Maser Cavity by Means of a Variable Capacitance Diode

Details are given on a method of tuning a hydrogen maser cavity by means of a variable capacitance diode placed in a loop directly inside the cavity. The design of the loop-in which the varactor is placed, the loop connection to an external dc bias, and a theoretical analysis of the whole loop system (cavity, tuning loop, and coupling loop) are also given.     

氢脉泽诊断测试技术

描述了一个已经工作的氢脉泽长期运转时判断其工作状态好坏所需要的测试技术。这些技术对于氢脉泽的工作,特别是长期连续运转时工作点的放置、最佳工作状态的保持以及它的长期频率性能的了解和计算有着重要的意义。同时说明了脉泽“基线”数据和调谐数据的产生和处理方法。     

双真空主动型氢脉泽真空系统设计

清洁、抽速稳定的高真空系统是氢脉泽工作必不可少的组成部分之一。文章详细介绍了双真空主动型氢脉泽真空系统的组成及各个组成部分的设计思路、方法。内容涉及真空的获得、真空泵的选择、氢脉泽物理部分双真空系统设计、流导及抽速的计算、泵体结构的设计和实验验证。实验发现,设计完毕的氢脉泽双真空系统保温效果较以前大幅改善,内外真空室本底流量为0.1 mA,工作流量值稳定在0.7mA时氢脉泽稳定输出-105 dBm信号,关闭流量后内真空抽真空本底时间约为8 min。表明内外真空室离子泵均达预期设计指标且工作正常。此外,该设计还进一步减小了脉泽体积、减轻了其重量,向氢脉泽小型化迈出了坚实一步。     

流动VLBI站氢原子钟的研制与性能测试

氢脉泽是至今为止除极短时间测量间隔之外最稳定的频率标准 ,它是射电天文所必需的频率标准。本文讨论了为流动VLBI站研制的新一代氢脉泽的物理结构特点 ,包括对腔泡结构、磁屏蔽、原子束光学系统等采用的新技术。性能测试表明 ,在 80s到 1d之间其频率稳定度优于 1× 10 - 1 4 ,有了较大的提高。