铯原子喷泉频率基准的设计与初步结果(英文)

中国计量科学研究院设计与建造了作为新一代频率基准的铯原子喷泉，并已完成一系列元、部件的性能测量。在磁光阱中观测到冷原子云，其直径为１－５ ｍ ｍ ，原子温度≤１５０ μＫ。

NIM4~#激光冷却铯原子喷泉钟──新一代国家时间频率基准

中国计量科学研究院NIM4#冷原子喷泉钟自2003年8月起已经稳定运行6个月,并于2003年9～12月期间完成了系统频率偏差评定。文中介绍NIM4#钟的喷泉实验、微波频率锁定和对其主要频率特性的实验研究。实验和分析表明,NIM4#钟频率稳定性达8×10-13τ-1 2,复现性达5×10-15,频偏评定不确定度达8.5×10-15。作为旁证,NIM4#与中国计量科学研究院原子时TA(NIM)进行了120天比对,频率偏差在误差范围之内。

用于铯原子喷泉频率基准的TE_(011)微波谐振腔

本文全面描述了用于中国计量科学研究院正在研制的铯原子喷泉的微波腔的结构特性和性能测量。该微波腔工作于TE0 1 1 模式。它是一种圆柱型腔 ,内径 4 3mm ,高 4 2 .9mm ;两端有截止波导管 ,内径 12mm ,长 30mm。微波馈送采用同轴 -波导转换 ,为了简化 ,腔外部未设调谐装置。腔的材料采用具有高导电率的无氧铜 ,所有的馈送部件均无磁并具有超高真空性能。对已装入喷泉管的微波腔在真空状态下的测量表明 ,其失谐量和有载Q值分别为 0 .7MHz和 8× 10 3。估算了与微波腔有关的钟频率不确定度 ,其中由腔相位差产生的频率不确定度降至 1.6× 10 - 1 6 ,它是喷泉钟准确度提高到 10 - 1 5量级的主要因素。

单层反射模式蓝宝石腔体的9.7GHz频率基准

分析了多层圆柱形蓝宝石腔体谐振器为实现Bragg谐振模式需满足的尺寸条件。仿真并设计了单层腔体,利用teflon支撑件将蓝宝石固定在内部镀银的金属腔体内。其在9.7GHz频点实现了Bragg包含模式,Q值高于200 000。利用该谐振器作为带通滤波器构建了室温下的X波段振荡器。该振荡器还包括低噪放、滤波器和手动移相器。通过合理选择谐振器的插入损耗和调节移相器,该振荡器成功实现了稳定输出。测试结果表明,该振荡器具有低的相位噪声但易受环境温度影响。由于采用了极高Q值的蓝宝石谐振器,该振荡器可能成为目前最低相噪的X波段室温频率基准。

时间频率基准源的原理和设计

本文介绍了时间频率基准源的基本概念,描述了其基本工作原理,并给出了一种实际设计以说明时间频率基准源的一般结构。

NIM的微波-光学频率基准研究——复现米和秒定义

报道中国计量科学研究院(NIM)在微波-光学频率计量研究的新进展:用NIM4激光冷却-铯原子喷泉钟复现国际单位制(SI)时间单位秒(s),用飞秒(FS)光学频率梳间接复现长度单位米(m)并标定稳频激光波长实际实施米定义。NIM4铯原子喷泉钟的不确定度达到5×10-15,飞秒(FS)光梳锁定到NIM4钟控制的氢钟后,其频率不确定度为2·2×10-14。在此基础上讨论铯原子喷泉钟、稳频激光、FS光梳的作用、意义和相互关系。最后简要介绍NIM5铯原子喷泉钟的研究进展和2006年起NIM立题研制锶原子存储光钟。

2000年NIM铯冷原子喷泉时间频率基准装置研究的进展

本文报导了中国计量科学研究院 (NIM)研制新一代“激光冷却铯原子喷泉”国家时间频率基准装置的进展 :实现了从磁光阱 (MOT)过渡到光学黏胶 (OM)装载 冷却铯 (Cs)原子 ,利用飞行时间 (TOF)法记录到信噪比优于4 0的原子云荧光信号 ;原子经后冷却达到 (1 0～ 2 0 ) μK ;用光学黏胶从铯蒸气直接获得了冷原子云。并给出了对实验的讨论。

秒定义变革及我国时间频率基准的发展和应对

国际单位制的量子化变革使得除了物质的量的定义外,其他国际单位的定义都与时间单位建立了直接或间接的联系。高准确度的时间频率基准在国民经济建设、国防建设和科学研究中发挥着重要的作用。主要介绍了时间单位的定义从天文秒到原子秒的发展历程以及关于秒定义变革的讨论和对原子钟的要求,并介绍了我国国家计量院在时间频率基准方面的研究工作及应对措施。

时间频率基准溯源链的重要特性及其作用

论述了美国国家技术标准研究院（NIST）的时间频率基准溯源链，其重要特征是：拥有高精度的铯喷泉原始频率基准（准确度、稳定度均约为1×10^-15）；在时间频率基准传递方法、技术和算法研究方面处于领先地位；在远程校准的频率测量和分析系统（FMAS），及溯源链系统的尖端装备的高集成化、自动化、智能化品质方面均达到领先水平。对高精度的时间频率同步系统在天文学测量、导航、定位等领域中的重要作用和目前达到的关键技术指标做了介绍。

NIM4#铯冷原子喷泉钟新一代时间频率基准

回顾了NIM4 #钟实现 5 μK冷原子云 ,74cm原子喷泉和 0 95Hz线宽Ramsey跃迁实验 ,报道了 9 19GHz微波锁定到铯原子秒定义跃迁 ,频率稳定性达到 (5 - 7)× 10 -15(15 0 0 0s)。目前我们正在进行不确定度评估 ,可望不确定度进入 10 -15量级 ,建立我国新一代时间频率基准装置。

铯原子时间频率基准研制——现代计量科学专题之五

1概述 时间是一个非常重要的基本物理量,单位是秒(s).在单位时间内周期运动重复的次数称为频率,单位是赫兹(Hz).在国际单位制SI中,秒是基本单位,赫兹是导出单位.时间和频率关系密切,两者共用一个计量基准,即时间频率基准.

基于ARM与CPLD的可驯频率基准的设计与实现

介绍了一种基于ARM与CPLD的可驯频率基准的软硬件设计方法,在ARM的控制下采用数字PID控制算法产生晶振控制电压,根据所测量的频率值与标称的频率值之间的差值大小来调整对应电压控制字的步进幅度,进而达到快速对本地晶振驯服的目的,从实验结果来看,驯服后的晶振准确度较无驯服前提高约一个数量级,满足设计要求。

时间频率基准装置研究现状与发展前景

本文介绍了现行的时间频率基准──实验室型磁选态铯束频标，以及准确度可望与现行基准相竟争的其它装置──光抽运铯束频标、存贮离子频标和原子喷泉频标研究现状与发展前景。

时间频率基准产生与维持系统

本文围绕时间频率基准产生与维持系统设计,从可靠性、冗余性和连续运行能力角度,给出了系统的总体设计,重点给出了软硬件组成、逻辑功能与冗余备份设计,并详细阐述综合原子时、频率驾驭控制、钟异常监测识别等关键技术以及实施重点,为时间频率中心开展时间频率基准产生与维持系统设计提供有价值的参考信息。

我院研制出最新一代时间频率基准

2003年12月24日．国家质检总局在中国计量科学研究院主持召开了“激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置的研究”成果鉴定会。

CSAO时间频率基准升级改造——六台新铯钟(HP5071A)运转良好

铯钟是1967年第13届国际计量大会决定采用的时间频率基准,它的发展非常快。从70年代开始,世界上大部分时间频率实验室用铯钟守时。90年代初,美国 HP 公司研制新一代的 HP5071A铯钟,它的性能比 HP5061高一个数量级。作为国家授时中心的陕西天文台,从1980年起,先后引进11台 HP5061铯钟,1997年4月又引进6台 HP5071A(优质管)铯钟。到货后。

振荡器——更小的封装、更好的稳定性和更快的交货为频率基准树立了新的准则

振荡器制造者正在把它们的封装缩小很多毫米,并把稳定度提高多个ppm,创造更小、更精确的频率源。作为对市场要求缩短研制周期的反应。

“NIM4激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置研究”荣获国家科技进步一等奖

2007年2月27日，中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。这次大会奖励共计329项，其中，国家科技进步一等奖20项。中国计量科学研究院“NIM4激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置研究”荣获国家科技进步一等奖。经过实验测试和评估，我国最新一代时间频率基准“NIM4激光冷却一铯原子喷泉时间频率基准”频率准确度达到5×10^-15，相当于600万年不差一秒，达到世界先进水平。