长期稳定度2.6×10 ^(-16) 的工程化高可靠铷原子喷泉钟

随着喷泉钟运行可靠性的提升和激光技术的日趋成熟,喷泉钟不仅可以作为基准钟驾驭原子时标,提升原子时标的长期稳定度和准确度指标,还可以紧驾驭氢钟作为复合守时钟使用。铷原子的基态超精细能级跃迁作为次级秒定义,具有碰撞截面小,冷却激光运行可靠性高的优势,更加适合工程化。中国计量科学研究院研制的工程化铷原子喷泉钟采用双金属微波真空一体腔提升系统温度适应性,采用小型化光学系统和笼式结构探测光系统提升了运行可靠性,实现了铷喷泉钟长期准连续运行,年运行率达到97.5%。通过1年的比对测试,铷喷泉钟与NIM5铯喷泉钟频率比对的长期稳定度优于3.7×10^(-16),单台喷泉钟的长期频率稳定度优于2.6×10^(-16)。

铷频标物理部分的改进与长期稳定度的测量

为了提高铷频标长稳，消除老化漂移，我们用不同同位素的特殊比例、几种不同缓冲气体的特殊比例、化学性能稳定的特殊玻璃来充制铷吸收泡．通过较长时问的观测，改进后的铷频标长稳和短稳兼而优之，物理部分温度系数指标提高一个数量级，基本消除了了铷频标的老化漂移．

Kenschaft模型参数对铷原子频标长期稳定度的影响

对Kenschaft模型的应用进行了扩展,详细阐述了模型参数与铷原子频标长期稳定度之间的内在联系。通过原子吸收线(洛伦兹线形)以及在有正弦调制射频信号的作用下,推导出量子系统的鉴频系数,该系数可以用Kenschaft模型中的参数表示,再将鉴频系数放入到铷原子频标闭环环路方程中,即可确定模型参数对铷频标长期稳定度的影响,最后给出频率稳定度随Kenschaft模型参数变化的仿真结果。

利用σ_z(τ)方法对脉冲星时与原子时长期稳定度对比分析

首次研究了毫秒脉冲星PSR J1939+2134共7.5a的双频计时残差序列的特征,通过分析不同行星星历对脉冲星计时精度的影响,建议使用DE421;采用σz(τ)方法估计了脉冲星时与原子时的稳定度,发现脉冲星时的稳定度一直处于上升趋势,6a高于10-15。由此可见,脉冲星时作为守时和授时的时间标准具有优势。

被动型氢钟流量变化对长期频率稳定度的影响分析

为提高系统的长期频率稳定度(它是被动型氢钟的一个重要指标),设计了一种实验,用以分析在不同微波腔谐振频率下,氢气流量变化对输出频率的影响。通过实验发现微波腔的控制电压存在一个调谐点,在调谐点附近,流量变化对输出频率的影响变小。但是对于单频系统,如何将微波腔锁定在调谐点附近以及如何减小流量的影响和提高系统的长期频率稳定度还需要进一步探索。

脉冲星时稳定度及可能应用

给出了毫秒脉冲星长期计时观测最新结果和脉冲星时与原子时频率稳定度的比较。指出脉冲星时频率稳定度的提高受到计时观测误差的限制,讨论了提高毫秒脉冲星计时观测精度的方法。随着脉冲星计时阵的实施,脉冲星时的应用已为期不远。可能的应用包括毫秒脉冲星与原子钟结合守时、建立综合脉冲星时和用脉冲星计时阵检测原子时误差等方面。

HIRFL主加速器相位稳定系统的环路设计

针对HIRFL(重离子加速器)的加速器腔体的高频电压设计了以DSP和FPGA为基础的数字相位负反馈控制稳定系统。介绍了相位稳定系统的组成、环路滤波器设计与参数计算方法等几个方面的内容,提出了零极点对消与重构的环路设计方案,本实现方案可以应用于各种Q值变化的加速器腔体的相位稳定控制与幅度稳定控制。设计出的设备在SSC腔体上进行了长期测试,表明设备具有优异的调制抑制度与长期相位稳定度。

一种可长期维持低露点测试室的方法及其应用

研究了用5A型分子筛长期维持低露点测试室装置的原理,以及用作传感器的长期稳定度测试的方法与结果。

脉冲星计时数据的处理理论与方法研究

脉冲星是高速旋转且自转频率极其稳定的中子星,它们的位置坐标可精确测定,犹如恒星星表一样构成一种高精度惯性参考系;它们辐射的X射线脉冲信号具有高稳定周期和高稳态轮廓特性,部分毫秒脉冲星自转频率长期稳定度优于地面原子钟,因此能够为飞行器深空航行提供良好的时间和空间参考基准,提升航天器大范围长航时的自主导航能力和在轨自主运行能力,提高我国控制空间的本领。

毫秒脉冲星计时观测进展

在评述国际上毫秒脉冲星长期计时观测成果的基础上,比较了由毫秒脉冲星自转定义的脉 冲星时PT与原子时AT的长期稳定度。毫秒脉冲星PSR B1855+09 15 yr的长期稳定度优于 原子时TAI-USNO,而接近原子时TAI-PTB;其短期稳定度主要受到计时观测误差的限 制。毫秒脉冲星PSR J0437-47 1 yr以上的稳定度明显优于上述两原子时系统。毫秒脉冲星PSR B1937+21和PSR J1713+07的长期稳定度受到低频噪声影响,但仍能对综合脉冲星时PTens的 建立与保持作出贡献。另外,介绍和评述了国际上脉冲星计时阵的现状及发展。随着脉冲星计时阵 的实施,在脉冲星时间标准研究、原子时误差、太阳系历表误差研究和引力波探测方面将会取得重 要成果;展望了国际上平方公里望远镜(SKA)在毫秒脉冲星计时观测方面的发展前景。

基于频漂校准的氢钟铯钟联合守时研究

在没有外部溯源链路,利用氢钟铯钟联合守时的情况下,针对注重短期稳定度的场合,加权平均算法分配铯钟权重较小,不能充分发挥铯钟长期稳定度的问题,论文提出一种两级卡尔曼滤波算法生成本地原子时:第一级卡尔曼滤波利用铯钟长期稳定度好的特性,计算氢钟的频漂并且对氢钟频漂校准,第二级基于频漂校准后的氢钟和铯钟数据采用单状态变量的卡尔曼滤波算法生成本地原子时.实验结果表明,算法生成的原子时在保持短期稳定度的前提下,长期稳定度得到一定提升:十天稳的提升在10-15量级,月稳的提升在10-14量级.说明论文所提出的算法生成的本地原子时长期稳定度更好.

毫秒脉冲星定时研究进展

毫秒脉冲星守时的理论和方法研究己取得重要进展,利用现有2颗毫秒脉冲星约10yr的计时观测资料分析得到的 TAI-PT,其长期稳定度为 2×10－14。采用合适的长期稳定度算法,由多颗毫秒脉冲星计时观测可以建立综合脉冲星时间尺度。它可以成为与原子时系统比较的重要手段,并对原子时长期稳定度的改进做出贡献。介绍了该领域研究的基本状况,重点对毫秒脉冲星守时的理论方法,综合脉冲星时间及与原子时的关系等进行了讨论和评述。对由双星系统内毫秒脉冲星的轨道运动定义的双星脉冲星时也做了介绍。

氢原子钟壁移的测量和消除

指出了克服氢原子钟壁移问题的必要性.给出了一种测量氢钟壁移的简易方法,讨论了减小壁移的技术.该文的方法和技术有助于进一步改善氢原子钟的长期稳定度.

一种设定POP铷原子钟气泡工作温度的方法研究

原子气泡工作温度以不同的方式影响POP铷原子钟短期稳定度和长期稳定度,短期稳定度最优工作温度点与长期稳定度最优工作温度点越接近,原子钟稳定度越好。基于POP铷原子钟建立了温度-碰撞频移曲线测量系统,以微波探测法为例,介绍了一种高效简便的零温度系数点测量方法,测量了几种不同比例氮气和氩气的缓冲气体组合的原子气泡零温度系数点,给出了满足POP原子钟10-15长期Allan方差所需的控温精度,并分析了设计值与实验拐点位置差别的原因。最后,分析POPRamsey信号大小随温度的变化曲线,找到了符合短期稳定度的最优工作温度。

磁选态和光抽运铯束管特性的对比

简述了磁选态和光抽运铯束管的工作原理,在频率准确度、短期稳定度、长期稳定度三个方面将两者对频标性能的作用影响进行了计算对比。结果表明磁选态管准确度和长稳较好,短稳有限;光抽运管可使优值系数F增大数倍,短稳有优势,但光频移影响了准确度及长稳,应尽力减小。两者各有长处与不足,未来发展趋势将是一方面继续改进磁选态管,另一方面应发展完善光抽运管。

基于二阶量子干涉的光纤环路锁定研究

基于频率纠缠光源及二阶量子干涉的时间同步协议中,利用Hong-Ou-Mandel(HOM)干涉实现纠缠光源至两臂的被同步钟环路时延平衡是实现时钟同步的关键,因而,时间同步的精度受限于HOM干涉环路两臂平衡的锁定精度。提出了一种锁定方法侧边锁定来实现干涉环路两臂平衡的锁定,并且与之前的顶端锁定方法进行了对比,分析给出了侧边锁定时的反馈速率比顶端锁定时提升了一倍,同时提高了干涉环路两臂平衡锁定的长期稳定性。利用该锁定方法,实验上实现了基于光纤路径的环路锁定。实验研究表明,随着光纤链路长度的增加,即当光纤长度分别为0,1和2km时,光纤干涉环路两臂平衡锁定的长期稳定度在2ks时均可以达到5fs,为长距离长时间高精度的量子时间同步奠定了良好的基础。

铯原子钟优化算法中微波幅度控制方法的研究

在铯原子钟内部,由于铯束管内存在Rabi牵引、Ramsey牵引、微波腔体牵引等因素,导致铯频标频率对微波幅度敏感。在研究微波幅度对频率影响的机理和微波幅度与跃迁几率关系的基础上,提出了一种降低频率对微波幅度变化敏感度的控制方法,试验结果表明,此方法能有效降低微波幅度的波动对频率准确度和长期稳定度的影响。

一种针对氢原子频标长稳测量的修正阿伦方差算法研究

频率稳定度是氢原子频标内部噪声随机起伏程度的定量描述。文章阐述了阿伦方差作为频率稳定度时域表征的原因,分析了频率漂移对氢原子频标长期稳定度测量的影响,针对此问题,介绍了一种修正的阿伦方差算法。基于最小二乘法估计频率漂移率,定量反映输出频率的漂移规律,并在阿伦方差理论公式的基础上扣除频率漂移引入的系统差。以守时实验室实测时差数据对修正算法进行验证,分析结果表明,修正算法能有效地扣除频率漂移的影响,可应用于氢原子频标的长期稳定度测量中。

兰州重离子加速器腔体反馈电缆漂移的补偿方法

理论分析了兰州重离子加速器腔体的低电平稳定系统中各传输通道对腔体的长期稳定度的影响,根据现有低电平稳定系统的实际情况,提出了用附加测试电缆来补偿反馈电缆漂移的方法。测试了环境温度的变化对电缆在实施补偿前后的相位与损耗的影响,测试结果表明:采用电缆补偿后的长期相位稳定度可以降低到原来的1/50,长期幅度漂移可以最少降低到原来的1/10。