用于POP铷原子钟的DFB激光器自动稳频技术研究

针对传统手动稳频需要有人值守的弊端,基于饱和吸收谐波稳频的原理,设计了一套可实现对分布反馈式(distributed feedback,DFB)半导体激光器频率长期锁定的自动稳频系统。整套系统以STM32微控制器为核心,在此基础上进行自动稳频软件程序设计,具有体积小和抗干扰强的特点。经实验测试,该系统能够实现自动稳频,并在失锁后快速自动回锁。在实验室环境下,连续稳定工作超过一个月仍然保持锁定状态,失锁后能在1 s内重新锁定,锁定后线宽为5 MHz。作为抽运和探测光源,DFB激光器长期连续锁定的实现,为实现脉冲激光抽运(pulsed optically pumped,POP)铷原子钟在空间应用环境下长期无人干预稳定运行奠定了技术基础。

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。

温度对POP Rb原子钟性能影响的研究

从温度对缓冲气体碰撞频移和弛豫率的影响出发,对充有Ar和N2这2种缓冲气体的POP(pulsed optically pumped,脉冲激光抽运)汽泡式铷原子钟的温度特性进行了理论和实验研究。研究表明,Ar与N2的气压比为1.6时,60℃的线性温度系数为0;不同温度时,布居数差弛豫率1和相干弛豫率2各不相同,若1 2,则POP铷原子钟Ramsey条纹包络在微波场与原子跃迁失谐为0附近为凹陷,信噪比较差,反之,为凸起,信噪比较高。研究结果对设计POP原子钟的缓冲气体气压比和工作温度,以及提高POP原子钟的中长期稳定度有一定借鉴作用。