脉冲光抽运铷原子钟C场电流源分析设计

脉冲光抽运铷原子钟的稳定度会受到多种因素的影响,其中磁场就是重要的影响因素之一。分析了C场电流对脉冲光抽运铷原子钟稳定度的影响,利用差动放大器为核心设计研制了新型C场电流源。测试表明,电流源1 Hz和10 Hz处的噪声分别为3nA/Hz1/2和1.5nA/Hz1/2,电流相对起伏为2×10-5,温度漂移为5ppm/℃。它产生的C场对脉冲光抽运铷原子钟1s处稳定度的影响小于7×10-16,1ks处的影响小于1×10-16,10ks处的影响小于5.3×10-17。结果表明,该电流源的噪声、相对起伏和温度漂移等性能满足脉冲光抽运铷原子钟要求。

脉冲光抽运原子钟原子相位反馈研究

在基于Ramsey作用的原子钟里,受限于原子的相干时间及晶振的相位噪声,自由演化时间不能太长。提出了大失谐光无破坏测量方法,利用该方法获取了原子相位数据,并将其反馈到微波相位上,从而实现了原子相位反馈,有效地延长了自由演化时间。分别从理论和实验上验证了这种周期性反馈作用的可行性。

正交偏振探测技术型脉冲光抽运原子钟研究进展

介绍了本课题组新概念小型化星载原子钟的研究进展。利用已有的脉冲光抽运技术和独立提出的正交偏振探测技术,将原子钟的钟跃迁信号的对比度从一般吸收法的30%提高到将近100%。该方法主要探测的是光的振幅和相位的总变化,因而能有效提高探测灵敏度和信噪比,从而提高频率稳定度。实验结果表明,正交偏振探测技术原子钟的原子频率稳定度比相同条件下吸收法原子钟的原子频率稳定度提高一个量级;而且在实验的基础上,物理系统的温度稳定度、磁场电流稳定度和激光光强稳定度都能够提高一个量级,正交偏振探测技术原子钟的秒稳能达到1×10-13,天稳能优于1×10-15,将来可能进一步发展并取代氢钟。

国外空间原子钟发展研究

空间原子钟包括磁选态原子钟、脉冲光抽运原子钟、相干布居囚禁原子钟、离子阱原子钟和冷原子钟。文章介绍了这5类空间原子钟的发展情况,其中:磁选态原子钟是当前卫星导航系统广泛采用的空间原子钟;脉冲光抽运原子钟已经在美国GPS-3卫星上应用;相干布居囚禁原子钟是脉冲光抽运原子钟的一种特例,其优势在于体积小、质量小、功耗低;离子阱原子钟具有很高的精度,目前其天稳定度已经达到10^(-17);冷原子钟基于近绝对零度下原子的物理特性和量子光学测量技术,具有极高的准确度和稳定度,发展与应用前景广阔。分析了空间原子钟的发展趋势,如激光冷却、量子频率光学测量与环境控制,将成为空间原子钟发展的支撑性关键技术。针对我国空间原子钟的发展现状和技术水平,提出了挖掘现有原子钟潜力、瞄准原子钟前沿技术等建议。