铷、铯原子高里德伯态的极化率测量

开展对高里德伯态原子极化率的测量是项有意义的工作。利用Doppler-free双光子吸收谱的方法,配合热离子二极管检测,可对高里德伯态原子极化率进行精确测量。目前,国外已有成功的实验例子。我组利用这套方法在测量高里德伯态碱原子极化率方面作了些工作。 首先我们选Rb原子的两个态作了测量,得到301D的标量极化率α=3.1（1）,α.=2.3（4）,张量极化率α1=1.9（2）,α1=3.2（2）,342S标量极化率α=3.1（1）。

894nm高温垂直腔面发射激光器及其芯片级铯原子钟系统的应用

报道了自行研制的894 nm高温垂直腔面发射激光器(VCSEL)以及基于此类器件的芯片级铯原子钟系统的应用实验结果.根据芯片级铯原子钟对VCSEL在特定高温环境下产生894.6 nm线偏振激光的要求,对器件的量子阱增益及腔模位置等材料结构参数进行了优化,确定增益-腔模失谐量为-15 nm,使器件的基本性能在高温环境下保持稳定.研制的VCSEL器件指标为:20—90?C温度范围内阈值电流保持在0.20—0.23 m A,0.5 m A工作电流下输出功率>0.1 mW;85.6?C温度环境下激光波长894.6 nm,偏振选择比59.8:1;采用所研制的VCSEL与铯原子作用,获得了芯片级铯原子钟实施激光频率稳频的吸收谱线和实施微波频率稳频的相干布居囚禁谱线.

相干布居数囚禁原子频标的实现及相关实验参数研究

原子频标要求高信噪比和窄线宽的鉴频信号,但对于被动型相干囚禁态原子频标(CPT频标),改善鉴频信号信噪比以增加线宽为代价,因此选择合适的信噪比和线宽组合是研制CPT原子频标频标的重要环节。文章介绍了用桌面CPT频标系统地研究了鉴频信号与温度、光强等参数的关系所获得的研究结果,由此获得了合适选取的信噪比与线宽组合的依据。文章还给出了关于光源非理想偏振导致的消相干效应对CPT频标的影响所开展的实验结果。文章所提供的研究结果不仅帮助我们研制成功了CPT频标,而且对于CPT物理现象研究和其他CPT频标的研制也有参考价值。

CPT原子钟微波信号的设计和分析

根据被动型相干布居囚禁原子钟对微波信号的要求,利用小数分频锁相环技术实现了微波频率综合,并通过优化环路带宽得到最佳的输出相噪。测试结果表明:3 417 MHz微波输出在100 Hz处的相位噪声达到-80 dBc;中心频率±50 kHz范围内的杂散抑制达到54 dB,都接近于理论值。将产生的微波用于所研制的CPT原子钟,获得频率稳定度达到1 000 s内6×10-11-1/2,为目前国外商品钟水平。

一种低功耗被动型CPT原子钟

介绍了一款新研制的被动型相干布局囚禁（CPT）原子钟样机及其主要性能。样机功耗约为4W，频率稳定度达到在τ〈8000s范围内优于6×10^-11τ^-1/2,10MHz输出频率在1Hz范围内的相位噪声达到-79．1dBc／Hz。所研制的CPT原子钟具有小型、低功耗的特点。

CPT原子钟系统的数字正交解调算法及实现

介绍了将数字正交解调算法应用于CPT原子钟系统的锁相环路，通过FPGA硬件结构实现解调功能所开展的研究。经MATLAB和QUARTUS2的联合仿真表明，该算法抗噪声能力强，解调结果可靠性高，是应用于高性能CPT原子钟的理想算法。实际应用于CPT原子钟的实验结果与理论预期和实验仿真结果相一致。该方案有利于原子频标的工作状态调整和保持产品性能一致性。

铯原子Rydberg态抗磁特性研究

利用热离子二极管技术及分子光解产生原子中间态集居方法,测量了铯原子从l-混合区到n-混合区的抗磁光谱。首次观测到非氢原子抗磁谱所呈现的独立结构和簇状结构及其在磁场中的演化。利用势模型波函数进行的相应理论计算满意地描述了实验的全部结果。

GPS驯服CPT原子钟方法研究

本文针对全球定位系统(GPS,Global Position System)接收机输出秒脉冲(1PPS,1 Pulse Per Second)信号的特点,以及相干布居囚禁(CPT,Coherent Population Trapping)原子钟输出频率信号的特性,设计并实现了GPS驯服CPT原子钟方案.我们建立了适合抑制1PPS信号抖动的卡尔曼滤波模型,通过理论推导和计算获得了相应噪声参数,并采用卡尔曼滤波器与平均滤波器相结合,对CPT原子钟输出频率实施滤波处理,并用GPS接收机输出的1PPS信号实施频率校准,所实现GPS驯服的CPT原子钟输出频率的中短期频率误差降低半个量级,天频率稳定度提高一个量级.

CPT原子频标数字温控系统优化设计与实现

相干布局囚禁(Coherent Population Trapping,CPT)原子频标是一种功耗低、体积小、启动快的新型原子频标,温控系统是影响CPT原子频标稳定度指标的重要环节.本文介绍了通过优化设计实现CPT原子频标的高性能温控系统的方案.通过仪表放大器的应用提高了前端温度采集电路的温度分辨能力;通过小波分析算法对温度信号进行降噪处理;通过Δ-Σ算法实现脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM),提高温控输出调节精度并减小谐波干扰.基于该方案实现了体积小、功耗低的温控电路,获得了较好的控温效果,改善了CPT原子频标频率稳定度指标.

小波滤波在时间同步系统中应用研究

利用全球导航卫星系统(GNSS)接收机输出的秒脉冲(1PPS)信号作为标准信号,对本地振荡器输出的1PPS信号实施同步,实现了时间同步系统。针对GNSS接收机输出的1PPS信号抖动噪声对时间同步系统同步性能的影响,研究了一种抑制抖动影响的滤波器。滤波器采用小波滤波器结合滑动平均滤波器的方式,其中小波滤波采用自定义的阈值及阈值函数。对所实现的滤波器开展了滤波处理实验,实验结果表明,该滤波方案对GNSS接收机输出的1PPS信号的噪声抑制效果优于常用的卡尔曼滤波器,所实现的时间同步系统输出的1PPS信号精度达到1.17 ns,相比于GNSS接收机输出的1PPS信号精度提高一个数量级。

原子磁强计原子气室无磁加热温控系统设计

介绍一种用于原子磁强计原子气室的无磁加热温控系统设计。针对温控系统加热电流产生的磁场干扰,设计了双层加热丝加热膜结构的加热器件,该加热器件利用同层平行反向电流和层间平行反向电流产生的磁场相互抵消以减小加热电流磁场噪声;设计了滑动平均滤波器对采集的温度信号实施滤波以减小随机噪声的干扰;结合设计的高频加热信号的产生电路、幅度控制电路和功率放大电路开展了实验测试。测试结果表明,研制的双层加热丝加热膜结构加热器件相比单层加热丝加热膜结构加热器件的电流磁场噪声抑制能力提高了约16倍,实现的无磁加热温控系统的温控能力达到1. 2‰。

一种用于CPT原子频标的高性能解调电路

介绍了同步积分器和相敏检波器级联的解调电路及该电路在相干布居囚禁(CPT)原子频标中的应用。通过理论计算和先进设计系统软件进行的仿真表明,该解调电路具有很高的Q值和很好的抑制噪声能力,是一种可应用于CPT原子频标的解调电路。对电路的测试结果证实,该电路能够从光检测信号中解调出高性能的用于激光频率稳频的多普勒吸收谱线的微分曲线和用于微波频率稳频的CPT谱线的微分曲线。

介质振荡器的设计

为了实现微型化相干布局囚禁(CPT)原子钟,需要设计出小体积、低功耗的微波电路。本文介绍了利用介质振荡器(DRO)实现的适合微型CPT原子钟的微波电路,首先利用ADS(Advanced Design System)软件实现了介质振荡器的仿真,然后根据仿真结果设计并实现了振荡器电路,测试结果表明:输出微波频率为3.4GHz、功率为-4dBm、功耗为37mW。

一种应用于低频电磁波通信的快响应原子磁强计

相较于传统线圈,原子磁强计作为低频电磁波通信信号磁传感接收器具有体积小、灵敏度高的优势。基于射频光双共振原理实现原子的宏观极化和相干进动,并通过探测磁矩横向分量来获得待测磁场信息,最终实现一台灵敏度500 fT/Hz 1/2@1~5 Hz,响应带宽3.5 kHz的原子磁强计。并利用该原子磁强计作为磁传感器对频率200 Hz、磁场分量幅度10 nT的电磁波开展了通过探测磁场分量接收通信信号的实验,实现码率200/s的电磁波通信信号的接收,验证了该磁强计作为接收机接收低频电磁波通信信号的能力。

一种CPT频标小体积低功耗温控电路的研制

为满足小型、低功耗被动型相干布居囚禁(coherent population trapping,CPT)原子频标的需要,利用开关电源芯片设计并研制了一种基于电源芯片的温控电路。实验结果表明:与常用温控电路相比,该电路控温能力与其相当,功耗降低25%,体积减少一半。因此,该电路特别适合小型、低功耗CPT原子频标的需要,也为其他需要小型、低功耗温控电路的应用提供了一种可选方案。

IIR滤波器在芯片原子钟中的应用

芯片原子钟是具有小体积,低功耗特点的原子钟。本文采用了IIR滤波器方案对芯片原子钟物理系统输出信号进行处理,该方案有利于减小芯片原子钟的体积、提高芯片原子钟短期频率稳定度。实验结果表明,与FIR滤波方案相比,IIR滤波器使用的FPGA资源减小了约58%;与现有模拟滤波方案相比,使用IIR滤波器方案的芯片原子钟频率稳定度提高了1.4×10^(-10)τ^(-1/2)(τ=1s-100s),电路面积减小了10%。

一种小体积低功耗微波倍频电路

针对微型相干布居囚禁(CPT)原子频标开展了小型、低功耗微波电路的研究,借助于ADS仿真,设计并实现了一种利用微带线传输微波,以阶跃恢复二极管作为非线性器件的小体积、低功耗微波倍频电路,电路面积为20mm×10mm、功耗小于10mW。测试结果表明:当输入功率为6dBm、频率为569.5MHz的信号时,获得了所需要的频率为3417MHz、功率为-9dBm的微波输出,满足CPT原子频标对微波信号的需求。

CPT Magnetometer with Atomic Energy Level Modulation

我们建议并且试验性地调查与 Rb-87 原子套住州的基于的磁强计原型的一张协调人口。通过有一个交流磁场，不是仅仅一个阶段的 modulating Zeeman 分段，对缩小的磁强计合适的敏感察觉计划被认识到，而且磁性的保持的紧张的察觉分辨率能被二的一个因素改进。我们的学习结果显示它是一个有希望的低电源消费缩影在亚毫米水平提供空间地解决的测量的敏感低磁场传感器。

Dependence of the ^(85)Rb coherent population trapping resonance characteristic on the pressure of N_2 buffer gas

In order to exploit its potential applications, we experimentally study the dependence of ^85 Rb-based coherent population trapping （CPTi resonance on N2 buffer gas with 6 vapor cells filled with natural rubidium and N2. The experiments are carried out at different pressures and temperatures, and the results reveal that higher cell temperature makes the resonance more sensitive to N2 pressure. Thus, it is importmlt to choose a proper buffer gas pressure at a given cell temperature. This work provides valuable data for the application of 85Rb CPT resonance with a buffer gas of N2.

Study of a low power dissipation,miniature laser-pumped rubidium frequency standard

This paper studies a miniature low power consumption laser-pumped atom vapour cell clock scheme. Pumping ^87Rb with a vertical cavity surface emitting laser diode pump and locking the laser frequency on a Doppler-broadened spectral line, it records a 5 × 10^-11τ-1/2 （τ〈500 s） frequency stability with a table-top system in a primary experiment. The study reveals that the evaluated scheme is at the level of 2.7 watts power consumption, 90 cm^3 volume and 10^-12τ-1/2 short-term frequency stability.