温度对POP Rb原子钟性能影响的研究

从温度对缓冲气体碰撞频移和弛豫率的影响出发,对充有Ar和N2这2种缓冲气体的POP(pulsed optically pumped,脉冲激光抽运)汽泡式铷原子钟的温度特性进行了理论和实验研究。研究表明,Ar与N2的气压比为1.6时,60℃的线性温度系数为0;不同温度时,布居数差弛豫率1和相干弛豫率2各不相同,若1 2,则POP铷原子钟Ramsey条纹包络在微波场与原子跃迁失谐为0附近为凹陷,信噪比较差,反之,为凸起,信噪比较高。研究结果对设计POP原子钟的缓冲气体气压比和工作温度,以及提高POP原子钟的中长期稳定度有一定借鉴作用。

脉冲微波式氢原子钟的研究进展

在传统被动型氢原子钟基础上，利用复杂可编程逻辑器件（CPLD）控制数字衰减器产生两个相干脉冲微波，激励氢原子发生Ramsey干涉，从而压缩原子跃迁谱线宽度，提高被动型氢原子钟稳定度性能。利用单片机控制直接数字频率合成器（DDS）产生扫频信号，可以得到完整的Ramsey条纹。目前已观测到Ramsey条纹并成功将原子跃迁谱线宽度压缩至1．2Hz，仅为传统被动型氢原子钟线宽的40％。

脉冲微波式氢原子钟初步结果

通过向原子钟微波腔内导入相干的脉冲微波信号,同时设置适当的脉冲信号参数,可以激发原子共振跃迁的Ramsey条纹,利用其中心条纹作为钟跃迁可以极大地压缩原子钟的谱线宽度,有望提高原子钟的电性能指标.该项技术已经在pop铷钟上得到应用,成功压缩了铷原子的共振谱线线宽.中国科学院上海天文台在被动型氢原子钟物理系统的基础上,开展了氢原子微波脉冲激励技术的研究,设计了微波脉冲扫频电路,目前已经初步观测到氢原子的Ramsey条纹,从而证明了该项技术用于氢原子钟的可行性.计划优化系统和微波信号参数,从而进一步压缩原子线宽.同时设计完善的伺服电路,实现原子钟的环路锁定,形成脉冲微波式氢原子钟,并测试和优化了整机性能指标.

用于本地时标系统的铯原子喷泉钟研制

研制了一套铯原子喷泉钟系统作为精密重力测量国家重大科技基础设施的本地时标,并最终溯源到国际单位制“秒”定义.描述了铯原子喷泉钟的整体设计方案,包括真空物理系统、光学系统、微波综合链和电子学控制系统.实验上实现了原子的上抛和捕获,成功地扫描到Ramsey条纹.获得的Ramsey中心条纹线宽0.911(2)Hz,条纹对比度约为90.8%.通过将喷泉钟本地振荡器锁定到Ramsey中心条纹,并与氢钟比对,测得铯原子喷泉钟的频率稳定度为3.2×10^(-13)τ^(-1/2)(τ为测量时间).同时讨论了影响频率稳定度的各贡献项及后续提升方案.