主动型氢原子钟的研究进展

基于氢原子微波激射器(氢脉泽)的主动型氢原子钟(氢钟)拥有极好的中短期频率稳定度,而原子储存泡是氢脉泽的关键技术。位于微波谐振腔内的原子储存泡中的氢原子系综与电磁场相互作用。简述了氢原子系综与电磁场相互作用的动力学过程、氢脉泽和主动型氢原子钟的相位噪声,还介绍了原子储存、原子与原子的自旋交换碰撞、原子与泡壁的碰撞和磁场不均匀弛豫等主要弛豫过程。并概述了在腔频的自动调谐方法、双选态系统方面的发展和电离源、真空系统等技术方面的改进。最后,讨论了氢钟的发展前景。

介质加载谐振腔的小型化氢脉泽的研究

原子储存泡技术是氢微波激射器(氢脉泽)的关键技术。传统的石英薄壁储存泡位于TE011模的空心圆柱谐振腔的中心。为了缩小氢脉泽谐振腔和原子储存泡的体积采用了蓝宝石加载谐振腔取代传统的腔泡结构,并将蓝宝石晶体的内壁作为原子储存泡,分析了脉泽工作状态的变化。为了消除蓝宝石加载腔的腔频率随温度的敏感变化(-60 k Hz/K)对脉泽自激振荡频率相对大的牵引效应,在蓝宝石加载谐振腔中再加载具有负介电常数温度系数的钛酸锶晶体,将腔频率温度系数近似地补偿到零。实现了采用介质加载谐振腔的氢脉泽的自激振荡,并通过锁相环实现氢脉泽对晶体振荡器的控制而形成稳定的频率源,短期稳定度指标在量级上达到了主动型氢原子钟(氢钟)的指标(1 000 s稳定度达1.5×10-14)。