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空间站科学实验载荷通用地面检测系统设计 被引量:3
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作者 吉经纬 李琳 +3 位作者 于歌 汪斌 任伟 吕德胜 《测控技术》 2021年第4期70-75,共6页
目前空间站各科学实验载荷地面检测系统不通用,同时在轨开展实验可调参数众多,且天地数据交互存在延时,使得在轨实验耗时长。为解决上述问题,提出了一种基于Qt、SQLite3、Python的通用地面检测系统设计。采用了软件模块化思想,通过修改... 目前空间站各科学实验载荷地面检测系统不通用,同时在轨开展实验可调参数众多,且天地数据交互存在延时,使得在轨实验耗时长。为解决上述问题,提出了一种基于Qt、SQLite3、Python的通用地面检测系统设计。采用了软件模块化思想,通过修改配置文件满足不同科学实验载荷的地面测试需求。同时该设计基于人工智能技术,通过遥科学手段与在轨载荷实时通信,将载荷的科学实验当作黑盒函数,利用遥科学回传的实验结果来构建目标函数。运用神经网络算法拟合科学实验、SciPy调用LBFGS-B预测参数的方法优化载荷的在轨实验。目前该设计已在空间站超冷原子实验和空间站高精度时频柜冷原子微波钟实验设备的地面调试中开展应用,预计载荷在轨开展实验后,能将在轨调试参数的时间从数个月缩短至几周内完成。 展开更多
关键词 测试计量 通用地面检测系统 人工智能 空间站 遥科学
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基于人工神经网络在线学习方法优化磁屏蔽特性参数 被引量:4
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作者 彭向凯 吉经纬 +9 位作者 李琳 任伟 项静峰 刘亢亢 程鹤楠 张镇 屈求智 李唐 刘亮 吕德胜 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第13期77-86,共10页
磁屏蔽在磁场敏感的装置如原子钟、原子干涉仪等精密设备中发挥重要的作用,在变化外磁场下的某个磁屏蔽内部剩余磁场,可以通过Jiles-Atherton磁滞模型和磁屏蔽系数计算得出,根据计算结果可以进行主动补偿来抵消内部磁场的改变.然而实际... 磁屏蔽在磁场敏感的装置如原子钟、原子干涉仪等精密设备中发挥重要的作用,在变化外磁场下的某个磁屏蔽内部剩余磁场,可以通过Jiles-Atherton磁滞模型和磁屏蔽系数计算得出,根据计算结果可以进行主动补偿来抵消内部磁场的改变.然而实际应用中磁滞模型中五个与磁屏蔽相关的参数以及磁场衰减的两个参数的准确值的获得是比较困难的,通常根据实测磁滞回线人工匹配调节参数会花费大量时间且很难确保最终参数是全局最优值.基于人工神经网络的机器学习方法已经成为一种对复杂模型进行参数优化的有效手段,得益于现代计算机强大的运算能力,该过程通常远远快于人工参数调节,并有更大概率找到全局最优值,获得优于手工调节的参数值.本文利用人工神经网络在线机器学习的方法,对磁滞模型的五个参数与磁屏蔽的另外两个屏蔽相关参数进行优化测定,并对模拟卫星磁场环境下磁屏蔽内剩余磁场进行预测.通过实际测量屏蔽筒内剩余磁场与预测值比对,发现通过机器学习方法得到的磁屏蔽特性参数优于手动找到的参数,且所用时间大大缩短.该结果不仅有助于更好地进行磁场补偿,用于冷原子系统参数优化调整,更重要的是验证了神经网络在多参数物理系统中的应用,可以使其他多参数共同作用的物理实验进行最优参数的快速确定. 展开更多
关键词 人工神经网络 磁屏蔽 磁滞效应 冷原子钟
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Loss of cold atoms due to collisions with residual gases in free flight in a magneto-optical trap 被引量:2
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作者 项静峰 程鹤楠 +14 位作者 彭向凯 王新文 任伟 吉经纬 刘亢亢 赵剑波 李琳 屈求智 李唐 汪斌 叶美凤 赵鑫 姚媛媛 吕德胜 刘亮 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第7期306-313,共8页
The loss rate of cold atoms in a trap due to residual gas collisions differs from that in a free state after the cold atoms are released from the trap. In this paper, the loss rate in a cold rubidium-87 atom cloud was... The loss rate of cold atoms in a trap due to residual gas collisions differs from that in a free state after the cold atoms are released from the trap. In this paper, the loss rate in a cold rubidium-87 atom cloud was measured in a magneto-optical trap (MOT) and during its free flight. The residual gas pressure was analyzed by a residual gas analyzer, and the pressure distribution in a vacuum chamber was numerically calculated by the angular coefficient method. The decay factor, which describes the decay behavior of cold atoms due to residual gas collisions during a free flight, was calculated. It was found that the decay factor agrees well with theoretical predictions under various vacuum conditions. 展开更多
关键词 atom traps atomic and molecular collision residual gas
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Initial Tests of a Rubidium Space Cold Atom Clock 被引量:1
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作者 李琳 屈求智 +9 位作者 汪斌 李唐 赵剑波 吉经纬 任伟 赵鑫 叶美凤 姚媛媛 吕德胜 刘亮 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2016年第6期17-20,共4页
We report the initial test results of a rubidium (87Rb) space cold atom clock (SCAC). The space-qualified ST Rb SCAC is composed of the physical package, the optical bench, the microwave synthesizer and the contro... We report the initial test results of a rubidium (87Rb) space cold atom clock (SCAC). The space-qualified ST Rb SCAC is composed of the physical package, the optical bench, the microwave synthesizer and the control electronics. After the system is integrated, about 108 ST Rb cold atoms are captured by magneto-optical trap. The linewidth of the Ramsey fringe is about lO Hz for the free evolution time of 50ms on the ground, and the signM-to-noise ratio is measured to be larger than 300. We demonstrate a good medium-term fractional frequency stability of 1.5×10^-14@1000s in the closed-loop operation on the ground. The main effects of the noise on the stability are a/so presented, and the optimized operating parameter is analyzed for the operation of SCAC in the microgravity environment. 展开更多
关键词 of on in is for RB been MOT
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Automatic compensation of magnetic field for a rubidium space cold atom clock 被引量:4
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作者 李琳 吉经纬 +5 位作者 任伟 赵鑫 彭向凯 项静峰 吕德胜 刘亮 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第7期192-195,共4页
When the cold atom clock operates in microgravity around the near-earth orbit, its performance will be affected by the fluctuation of magnetic field. A strategy is proposed to suppress the fluctuation of magnetic fiel... When the cold atom clock operates in microgravity around the near-earth orbit, its performance will be affected by the fluctuation of magnetic field. A strategy is proposed to suppress the fluctuation of magnetic field by additional coils, whose current is changed accordingly to compensate the magnetic fluctuation by the linear and incremental compensation. The flight model of the cold atom clock is tested in a simulated orbital magnetic environment and the magnetic field fluctuation in the Ramsey cavity is reduced from 17 nT to 2 nT, which implied the uncertainty due to the second order Zeeman shift is reduced to be less than 2×10^(-16). In addition, utilizing the compensation, the magnetic field in the trapping zone can be suppressed from 7.5 μT to less than 0.3 μT to meet the magnetic field requirement of polarization gradients cooling of atoms. 展开更多
关键词 laser cooling space cold atom clock magnetic field compensation
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可搬运铷喷泉原子钟全自动激光稳频系统 被引量:8
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作者 吉经纬 程鹤楠 +5 位作者 张镇 刘亢亢 项静峰 任伟 李琳 吕德胜 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第22期157-163,共7页
能够长期自主运行的稳频激光器是喷泉原子钟连续工作的基础。基于铷原子喷泉钟中的780 nm商用半导体激光器,利用嵌入式系统设计了一个长期全自动稳频系统。该系统具有自动识别铷饱和吸收谱线的目标峰、长期锁定频率与意外失锁后的快速... 能够长期自主运行的稳频激光器是喷泉原子钟连续工作的基础。基于铷原子喷泉钟中的780 nm商用半导体激光器,利用嵌入式系统设计了一个长期全自动稳频系统。该系统具有自动识别铷饱和吸收谱线的目标峰、长期锁定频率与意外失锁后的快速重锁的功能。提出了一种动态调整工作点的方法。在激光器长期运行过程中,受温度、湿度和器件老化等因素的影响,目标工作点会随时间发生变化,所提方法可解决该问题。利用该方法,激光器的稳频系统不易失锁,即使失锁也可以快速重新锁回。将所提稳频系统成功应用于可搬运铷喷泉原子钟中,铷喷泉原子钟在搬运后能够快速投入工作,激光频率的长期锁定时间可达一个月以上。激光频率相对于铷饱和参考谱线的频率长期稳定度约为2.3×10-13,可搬运铷喷泉原子钟的长期稳定度在搬运前后均达到了10-16量级。 展开更多
关键词 激光器 激光冷却 喷泉原子钟 自动稳频 稳定度
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积分球冷原子钟探测光功率自动稳定实验研究 被引量:6
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作者 李琳 刘鹏 +3 位作者 吉经纬 成华东 刘亮 王育竹 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期188-192,共5页
建立了微瓦量级的激光功率自动稳定实验装置,通过自动反馈控制声光调制器的衍射效率,实现了激光功率的自动稳定。激光功率稳定后,激光相对强度噪声得到有效抑制,接近散弹噪声极限,激光功率的长期稳定度优于2×10-5(1000s)。推导了... 建立了微瓦量级的激光功率自动稳定实验装置,通过自动反馈控制声光调制器的衍射效率,实现了激光功率的自动稳定。激光功率稳定后,激光相对强度噪声得到有效抑制,接近散弹噪声极限,激光功率的长期稳定度优于2×10-5(1000s)。推导了功率自动稳定系统的环路方程,分析了激光功率稳定环路对相对强度噪声的抑制作用。稳定后的激光应用于积分球冷原子钟的钟跃迁探测,对原子钟稳定度的影响小于1×10^(-13)τ-^(1/2),积分球原子钟的频率稳定度优于5×10^(-13)τ^(-1/2)(τ为取样时间)。 展开更多
关键词 激光光学 激光稳定 冷原子钟 激光冷却
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可搬运铷喷泉原子钟量子化轴磁场的设计与优化
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作者 程鹤楠 邓思敏达 +5 位作者 张镇 项静峰 任伟 吉经纬 刘亮 吕德胜 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第19期45-51,共7页
喷泉钟量子化轴磁场的空间均匀性和时间稳定性是制约原子钟输出频率稳定度和不确定度的重要因素。从外磁场屏蔽、磁场线圈设计、线圈电流源稳定性等方面考虑,构建并优化设计了一套可搬运铷喷泉原子钟量子化轴磁场系统。为了消除环境磁... 喷泉钟量子化轴磁场的空间均匀性和时间稳定性是制约原子钟输出频率稳定度和不确定度的重要因素。从外磁场屏蔽、磁场线圈设计、线圈电流源稳定性等方面考虑,构建并优化设计了一套可搬运铷喷泉原子钟量子化轴磁场系统。为了消除环境磁场对量子化轴磁场的影响,使用5层坡莫合金磁屏蔽进行外磁场的屏蔽;利用4组对称的补偿线圈,通过计算给予合适的电流,获得喷泉钟内部30 cm原子自由飞行尺度内磁场波动小于1 nT;通过改善C场供电电流方式,从而优化量子化轴磁场的时间稳定性,磁场随时间的波动小于0.1 nT。优化后喷泉钟长期频率稳定度达2.9×10^(-16),磁场空间分布不均匀性带来的二阶塞曼频移不确定度为3.4×10^(-19),由磁场随时间波动带来的二阶塞曼频移的不确定度为5.1×10^(-17)。 展开更多
关键词 原子与分子物理学 塞曼效应 超精细结构 原子钟 磁敏跃迁法
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Optimization of temperature characteristics of a transportable 87Rb atomic fountain clock 被引量:2
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作者 王新文 刘亢亢 +13 位作者 程鹤楠 任伟 项静峰 吉经纬 彭向凯 张镇 赵剑波 叶美凤 李琳 李唐 汪斌 屈求智 刘亮 吕德胜 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第8期1-5,共5页
A high-performance transportable fountain clockis attractive for use in laboratories with high-precisiontime-frequency measurement requirements. This Letterreports the improvement of the stability of atransportable ru... A high-performance transportable fountain clockis attractive for use in laboratories with high-precisiontime-frequency measurement requirements. This Letterreports the improvement of the stability of atransportable rubidium-87 fountain clock because of anoptimization of temperature characteristics. This clockintegrates its physical packaging, optical benches,microwave frequency synthesizers, and electronic controlsonto an easily movable wheeled plate. Two optical bencheswith a high-vibration resistance are realized in thiswork. No additional adjustment is required after movingthem several times. The Allan deviation of the fountainclock frequency was measured by comparing it with that ofthe hydrogen maser. The fountain clock got a short-termstability of 2.3×10^-13 at 1 s and long-term stabilityon the order of 10-16 at 100,000 s. 展开更多
关键词 transportable clockis anoptimization
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Uncertainty evaluation of the second-order Zeeman shift of a transportable 87Rb atomic fountain clock
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作者 程鹤楠 邓思敏达 +7 位作者 张镇 项静峰 吉经纬 任伟 李唐 屈求智 刘亮 吕德胜 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第12期1-5,共5页
In this article,taking advantage of the special magnetic shieldings and the optimal coil design of a transportable Rb atomic fountain clock,the intensity distribution in space and the fluctuations with time of the qua... In this article,taking advantage of the special magnetic shieldings and the optimal coil design of a transportable Rb atomic fountain clock,the intensity distribution in space and the fluctuations with time of the quantization magnetic field in the Ramsey region were measured using the atomic magneton-sensitive transition method.In an approximately 310 mm long Ramsey region,a peak-to-peak magnetic field intensity of a 0.74 n T deviation in space and a 0.06 n T fluctuation with time were obtained.These results correspond to a second-order Zeeman frequency shift of approximately(2095.5±5.1)×10^(-17).This is an essential step in advancing the total frequency uncertainty of the fountain clock to the order of 10^(-17). 展开更多
关键词 Zeeman effect hyperfine structure atomic clock magnetic-sensitive method
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中国空间站超冷原子物理实验柜设计与验证
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作者 李琳 熊炜 +20 位作者 汪斌 方苏 许忻平 吉经纬 刘元元 梁昂昂 黄名山 洪毅 唐爽 高敏 黄敏捷 周翠芸 宋铁强 梁兆刚 陈迪俊 周小计 陈徐宗 侯霞 李唐 陈卫标 刘亮 《中国激光》 EI CAS 2024年第11期237-247,共11页
2022年10月31日,中国空间站超冷原子物理实验柜(超冷柜)搭载梦天实验舱被发射至中国空间站并开始在轨运行,其主要目标是以87Rb玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)为工作物质,利用微重力环境优势获得pico-Kelvin(pK)量级的超冷原子,建设具有超低温... 2022年10月31日,中国空间站超冷原子物理实验柜(超冷柜)搭载梦天实验舱被发射至中国空间站并开始在轨运行,其主要目标是以87Rb玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)为工作物质,利用微重力环境优势获得pico-Kelvin(pK)量级的超冷原子,建设具有超低温和适合长时间精密测量的开放实验系统。本文主要报道了超冷柜的方案设计及其地面验证实验,集成后的超冷柜包含物理系统、冷却激光系统、光阱光晶格激光系统、科学电控系统以及实验柜支撑系统,其外部尺寸为1820 mm×1050 mm×815 mm。在地面测试过程中,利用光阱蒸发冷却技术制备BEC,其原子数超过了1×10^(5),温度小于30 nK;利用两级交叉光束冷却(TSCBC)技术可以将冷原子的温度进一步降低到2.4 nK,通过实验验证了超冷柜飞行件在轨实现极低温超冷原子量子简并气体的可行性。 展开更多
关键词 玻色-爱因斯坦凝聚 超冷原子 微重力环境 中国空间站
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