氦气渗透导致铷原子钟频率漂移的计算与分析

氦气渗透导致的铷原子钟吸收泡内铷原子与氦气碰撞频移发生变化,从而影响铷原子钟频率漂移率.为了量化分析这一影响,选取厚度为1 mm,直径为1.8 cm,长为1.6 cm,工作温度为65℃的圆柱型玻璃气泡为例,通过数值方法模拟了派热克斯玻璃(Pyrex,康宁7740)与低氦渗透的铝硅酸盐玻璃(ASG,康宁1720)原子气泡内氦气压随时间的变化规律.计算结果显示,对于Pyrex气泡,铷原子钟工作约12年后,氦渗透致频率漂移率降低至<1.0×10^(-14)/天;而ASG气泡铷原子钟在其寿命期间内的氦渗透致频率漂移率始终<3.0×10^(-17)/天,其对铷原子钟漂移率的贡献可忽略不计.该计算方法同样适用于其它种类气体在不同玻璃材料的渗透过程研究.

铷钟原子气室氦气渗透率实验研究

氦气向铷气室内渗透被认为是导致铷钟频率漂移的原因之一.在本研究中,我们对铷钟普遍使用的Pyrex材料铷原子气室和研制的抗氦渗透能力强的铝硅材料铷原子气室的多个样本进行了氦渗透率测量,在工作温度(约60℃)下渗透率分别为2E-19 m^(2)/(Pa·s)和≤3E-22 m^(2)/(Pa·s).据此结果对铷钟频率漂移率进行分析表明,采用Pyrex玻璃气室时,氦气渗透引入的铷钟频率漂移在前4年内稳定在E-13/天水平,之后6年的影响大约在E-14/天水平;若采用铝硅玻璃(ASG)气室,氦气渗透引入的铷钟频率漂移可降低至E-16/天水平.该研究结果对改善铷钟的长期频率漂移问题具有指导意义.

测量原子极化的六极磁铁选择性分析

六极磁铁是在极化原子束及原子频率标准研究中应用十分广泛的重要器件。它的发明是导致W.Pant获得1989年度诺贝尔物理学奖的重要原因之一。其作用是将电子自旋向上(m_j=+1/2)的束原子聚焦,而将电子自旋向下(m_j=-1/2)的束原子发散,实现所谓“磁选态”。表征选态效果优劣的参量是磁铁的选择性S,定义为:

极化原子束磁偏转——一种新的激光同位素浓缩方法

一种新的激光同位素浓缩方法——极化原子束磁偏转浓缩同位素方法,经实验验证是可行的,并已观察到碱元素Li,Rb和稀土元素Eu的同位素浓缩效果。文中概述了此方法的原理和迄今为止得到的实验结果。

数据接口总线GPIB及其应用

本文介绍了现在实验室通用的一种高速数据接口总线GPIB ,给出了建立GPIB总线进行数据采集的工作步骤 ,并结合事例和自己在工作中遇到的问题 ,给出了解决的途径和方法。

小型化10 MHz恒温晶体振荡器设计

设计了用于高精度铷原子频标的一种小型化恒温压控晶体振荡器.振荡电路采用了稳定性好的并联型皮尔斯电路方案,采用2级?型LC级联滤波器抑制谐杂波,利用互补对称式金属-氧化物-半导体(CMOS)反相器实施隔离.振荡和放大电路选用了低噪声晶体管.晶体的温度控制在频率-温度曲线拐点处.实现了体积为4 mL晶振样件.晶振的短期频率稳定度为1.8?10-12/s,相噪对铷频标频率稳定度的贡献仅为3.2?10-13-1/2.

一种小型化铷原子频标腔泡系统及其频移特性

介绍一种新的小型铷频标腔泡系统的结构特点和频移特性。研究了腔牵引效应、微波功率频移、光频移和缓冲气体温度系数对铷频标输出频率的影响。结果表明,上述因素影响都在可以接受的范围内。此腔泡系统体积小、信噪比高、参数优化方便。利用此腔泡系统可以制成小型化、高性能的铷原子频标。

铷光谱灯的光谱研究

Rb光谱灯是Rb原子频标的重要部件。Rb光谱灯发出的光含有两种成分,一种是对原子跃迁信号有贡献的有效光成分,一种是仅体现为光噪声的无效光成分。尽可能地增强Rb光谱灯有效光成分并抑制无效光成分,对于提高Rb原子频标锁频环路的信噪比从而改善Rb原子频标的频率稳定度具有重要意义。利用单色仪获得了分别充有起辉气体Ar,Kr和Xe的三种常用Rb光谱灯的光谱,分析了三种Rb光谱灯的光谱特性,讨论了如何提高有效光强和抑制无效光强的问题。实验和分析结果表明,Rb光谱灯有效光强与所用起辉气体的种类和灯泡的工作温度密切相关。灯泡工作温度较低时,Xe灯有用光强最大,Kr灯次之,Ar灯最低;当灯泡工作温度较高时,Xe灯有用光强仍最大,Ar灯次之,Kr灯最低。分析还表明,采用合适的光学滤光方法可以有效地滤除Rb光谱灯的无效光成分。

一种新型铷原子频标腔泡系统的光频移研究

在自行研制的一种小型化微波腔的基础上,新近研制出采用分离滤光技术的气泡型铷频标腔泡系统。研究该种腔泡系统的光频移特性,确定了该腔泡系统的零光频移和零温度系数点。系统的光频移系数为7.2×10^(-12)/10％。零光频移温度为68℃,比传统的腔泡系统低5～10℃。它不依赖于吸收泡参数,可以通过改变滤光泡参数进行调整,从而简化了参数优化过程。

铷原子频标数字伺服系统

分析了铷频标内锁频环路相敏检波基本原理和数字伺服的基本方法.采用单片机(MCU)、模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)设计了一种数字伺服系统.利用该数字伺服系统,实现了铷原子频标的闭环锁定,短期稳定度指标达到一般商品铷钟水平.

铷原子频标物理系统小型化设计

介绍了一种用于铷原子频标的小型化物理系统。该物理系统采用了开槽管式微波腔和分离滤光设计方案，体积为30cm^3。对该物理系统进行了初步测试，短期频率稳定度为3．8×10^-12／r^1/2，表明该物理系统同时具备了小型化和高信噪比特点，可以应用于高性能小型化铷原子频标。

铷原子钟光谱灯铷量测量和寿命评估

铷光谱灯灯泡的使用寿命是影响星载铷钟寿命的关键因素。为了评估铷灯泡寿命,利用一种新的灯泡赶铷方法,显著提高了差分扫描量热计测量灯泡铷量的精度。通过对长达7年铷量测试数据的理论拟合,得到了迄今为止精度最高的铷量消耗公式,进而评估了灯泡的使用寿命。结果分析表明,对于材料为Schott 8436玻璃的灯泡,充铷量超过130 μg,使用寿命即可达到50年。

开槽管微波腔中微波场分布初步研究

开槽管微波腔已被用于铷原子频标,但是其中的微波场分布尚不清楚.利用高频结构仿真软件(HFSS)获得了开槽管微波腔内微波场的分布,利用激光—微波双共振方法实现了微波腔场分布的实验测量,所得结果与理论结果一致.研究结果表明,腔内微波场磁力线呈轴向分布,这表明该种微波腔是适用于原子频标的.研究结果还表明,腔内微波场存在明显的空间不均匀性,这会导致一些区域的原子不能充分利用,限制原子的钟跃迁信号强度.因此,现有的开槽管腔结构还有改进的余地.

铷原子频标低噪声9次倍频链设计

铷原子频标短期频率稳定度由物理系统和电路系统共同决定.微波链的相位噪声是电路系统影响铷频标短期频率稳定度的主要因素.本文分析了传统铷频标微波链的结构和工作原理,指出9次倍频器和调制器是微波链相噪的主要来源.为抑制微波链噪声,采用肖特基二极管倍频和提高载波频率的调制方案,设计出一种低噪声9次倍频链.实验结果表明,该倍频链输出90MHz信号的相噪比传统方案降低了12dB以上,可将微波链噪声对铷频标1s频率稳定度的贡献控制在1.9E-13.将该倍频链应用于铷频标,测得铷频标短稳为3.53E-13(1s)、1.27E-13(10s)和3.97E-14(100s).

一种高信噪比铷原子频标物理系统

物理系统是铷原子频标的核心部件，通过分析物理系统原子鉴频信号信噪比对频标频率稳定度的影响机理，对物理系统内部结构进行了改进。改进后的物理系统采用了优化的开槽管微波腔，用Xe气作为起辉气体的铷光谱灯，采用分离滤光的三泡设计方案。对改进后的系统进行了初步测试，秒稳定度约为8×10^-13。此结果表明铷原子频标的稳定度可以突破1×10^-12／万，铷原子频标的长期稳定度还有进一步提高的潜力。

一种用于高精度小型化铷频标的开槽管微波腔

针对小型化高精度铷原子频标应用需求,设计了体积为11 m L的小型化开槽管微波腔.实验测量了微波腔内微波场的方向因子,结果为0.83.利用该微波腔设计了小型化铷频标物理系统,形成了铷频标桌面系统.测试了系统的短期频率频率稳定度,结果优于2×10^(-12)/τ^(1/2),远高于一般商用小型化铷原子频标.

Keil C下基于AT89C51单片机双极型PWM的软件实现

介绍了PWM技术的原理和软件实现的方法,提出了双极型PWM在软件上的实现过程,并给出在Keil C下实现基于AT89C51的双极型PWM信号的详细步骤和程序。

铷原子频标鉴频信号信噪比相关问题分析

频率稳定度是铷原子频标最重要的性能指标.铷频标频率稳定度主要由原子鉴频信号的信噪比决定.本文分析了微波腔的结构、铷光谱灯的光谱纯度和同位素滤光方案对信噪比的影响,指出采用模式优越、微波填充因子大的微波腔,光谱纯度高的铷光谱灯,用分离滤光方法进行同位素滤光,可以提高铷原子鉴频信号的信噪比,从而使铷频标的稳定度指标得到进一步改善.

小型化铷原子频标数字锁频环路设计与实现

设计并实现了一种用于铷原子频标的小型化锁频环路。采用数字锁相倍频技术，实现了10MHz信号的45．5645833次倍频。再经过一级15次倍频后获得频率为6834．6875MHz的铷原子频标微波探寻信号。通过数字电路技术实现了455．645833MHz信号的小调频。测量并分析了455．645833MHz信号的相位噪声，结果表明电路系统对铷频标频率稳定度的贡献为3．2×10^-12τ^-1/2。测量-rN用该电路得到的铷频标的短期频率稳定度，结果为5×10^-12τ^-1/2（1s≤r≤100s），明显高于一般商品小型化铷原子频标。

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。