磁选态单束铯束管铯原子速率分布的模拟计算

对铯炉准直器出口铯原子束的速率分布和角分布进行抽样,用蒙特卡罗方法模拟计算磁选态单束铯束管中五个关键位置的铯原子不同能级态的速率分布。结果是检测器处的铯原子速率分布不再符合麦克斯韦分布,分布密度最大值对应速率不随铯炉温度改变,只和束光学设计的参数有关。此模拟计算对指导磁选态铯束管束光学的设计有较大帮助。

双极型磁选态单束铯束管内铯原子运动轨迹的算法改进

针对简化算法得到的铯原子运动轨迹精度不高的结果,通过分析磁选态单束铯束管内双极型选态磁铁的磁场分布,提出了不简化磁场梯度和有效磁矩,用布利厄施-施多厄方法求解铯原子运动方程的算法。用此算法得到的铯原子运动轨迹与通常采用的简化算法得到的轨迹相比,最大差异约为1.0mm。此计算结果影响管内机械组件的安装对中位置,可用于束光学模拟计算,提高短期稳定度指标。

微波互作用系统对铯原子钟准确度的影响

本文对铯束管中微波互作用系统影响铯原子钟频率准确度的因素进行了理论分析和实验研究,提出了如何减小这些因素影响的建议和方法。

一种超小型磁选态铯原子钟

本文提出了一种超小型磁选态铯原子钟。与传统的小型铯原子钟相比,超小型铯钟体积减小40%,其中铯束管体积减小23%,频标电路体积减小48%。采用数值方法研究了该钟的性能,结果表明,与传统小型铯钟LIP Cs-3000相比,超小型铯钟的Ramsey线宽增大67%,信噪比增大36%。该超小型铯钟体积约为27 L,预计Allan偏差介于1.0×10^(-11)/■~3.3×10^(-11)/■之间。数值计算结果为超小型铯钟的研制奠定了理论基础。

磁选态单束铯束管束光学参数的模拟计算和设计

为提高铯束管跃迁信号强度,在束光学参数设计中,用蒙特卡罗方法模拟计算铯原子通过率和未跃迁比例。通过改变模拟计算中的束光学参数,分析铯原子通过率、未跃迁比例和倍增器首极电流的变化趋势,得到了主要束光学参数的合理取值范围。在铯束管实际装配和试验中使用束光学参数设计结果,有效地增加了倍增器首极电流。

铯束管的出气率模型及应用

铯束管是一种密封的电真空器件,为了能够长时间维持真空需对其进行烘烤与排气。在此过程中的出气率是无法获知的。本文提出了一种出气率模型,只要读出排气系统真空计的读数,通过模型,就可以得到铯束管的材料出气率。本文也给出了模型的一个应用,发现如果排气系统真空度优于1.2×10-7 Pa,那么铯束管可以封离排气系统。文中提出的方法也可应用于其他电真空器件。

一种工程化光抽运铯束管

激光抽运铯束管是激光抽运铯原子钟的核心器件,本文对一种工程化样管的设计思路、工艺结构及性能参数进行了详细阐述,给出了与852nm激光器的联试结果及在铯原子钟整机中的应用情况。

铯束管的冷压焊接工艺研究

为了确保铯束管用铯泡和整管冷压焊密封的可靠性,根据金属冷压焊密封原理,模拟密封件真空工作条件,进行了一系列工艺试验研究,在对试验现象和结果进行分析的基础上得出可行的冷压焊密封工艺。

铯束管寿命分析

铯束管是铯原子钟的核心器件,本文介绍了磁选态、激光抽运、磁选光检三种类型铯束管的工作原理与特点,对影响铯束管寿命的装铯量、吸铯剂、电子倍增器等因素进行了阐述和分析,提出了保证铯束管长寿命工作的建议。

铯束管超高真空维持特性研究

铯束管超高真空长期维持特性是铯原子钟的关键技术指标之一,真空度会影响铯原子钟的性能指标及寿命。材料表面放气率是影响铯束管真空度的主要因素。在铯束管封装过程中,必须针对不同材料制定相应的真空除气工艺来减小材料的放气率,并在铯束管内安装溅射离子泵来维持真空。本文通过理论分析,得出了铯束管内的工作压力,并测试了溅射离子泵的各项性能指标、真空度与铯炉工作温度之间的关系、铯束管的真空维持特性等,研究结果为磁选态铯束管研制及测试提供了参考。

基于TRIZ理论提高磁选态铯束管真空封装效率的QC小组活动实践

针对小型密封磁选态铯束管封装效率低的问题,提出了基于TRIZ(发明问题解决理论)与QC实践相结合的解决方法。采用TRIZ创新方法理论,建立了问题求解模型,通过矛盾分析、物质-场分析和进化分析,给出了解决问题的创新方案对策。借助QC小组活动实践,经过多次PDCA循环,对创新方案对策进行了验证和巩固,获得了良好的铯束管封装效果。该项工作使铯束管的性能指标改善,成品率提高,生产周期缩短,研制成本降低,为满足铯原子钟市场大量供应需求奠定了基础。通过探索基于TRIZ与QC多方法融合解决技术问题的可行性,为进一步提升产品质量管理水平提供了支持。

基于PID算法的磁选态铯束管C场的优化

介绍了磁选态铯束管的C场优化方法,通过自研的磁选态铯束管测试系统为铯束管提供必要的测试环境,设计不同的PID控制算法对铯束管的C场进行优化与分析,最终得到了合理的优化参数。通过对多只铯束管进行优化,将铯束管的(0~0)峰与±1峰的频率差控制在了42.820 kHz±20 Hz范围之内,并与已有的铯束管测试平台优化结果进行比对,最优C场电流误差不超过0.02 mA,验证了优化结果的正确性。

影响铯束管寿命因素的分析

寿命问题一直是国内小型磁选态铯束管的重要缺陷,随着科技的发展,对铯束管的寿命要求越来越长,目前铯束管寿命问题已成为制约国内铯束管发展的技术瓶颈。通过介绍磁选态铯束管的工作原理及影响铯束管寿命的因素,阐述了铯炉内铯的消耗和倍增器增益随工作时间衰减对铯束管长寿命的影响。

小型磁选态铯束管的抗振动性能研究

分析了铯束管的固有振动特性,得出了铯束管的危险共振频率和结构的薄弱环节,提出了相应的振动加固措施,这些加固措施可以应用到空间铯束管的研制中。设计了铯束管的正弦扫频试验,通过试验结果与仿真结果之间的对比,验证了有限元模型的合理性和有限元分析的精度。

磁选态和光抽运铯束管特性的对比

简述了磁选态和光抽运铯束管的工作原理,在频率准确度、短期稳定度、长期稳定度三个方面将两者对频标性能的作用影响进行了计算对比。结果表明磁选态管准确度和长稳较好,短稳有限;光抽运管可使优值系数F增大数倍,短稳有优势,但光频移影响了准确度及长稳,应尽力减小。两者各有长处与不足,未来发展趋势将是一方面继续改进磁选态管,另一方面应发展完善光抽运管。

用光抽运提高铯束管信噪比的研究

通过对比磁选态和光抽运铯束管的不同特性,阐述了光抽运方式能够提高信噪比的原理。介绍了用稳频半导体激光抽运的铯束管的实验装置和结果。实验得到的信噪比为5750,该值是磁选态方式的3倍多,表明这种方法很有发展前景。

5071A铯原子钟的铯束管替代研究

铯原子钟是罗兰C系统建立和维持高精度时间系统的关键设备,其性能直接影响所建立系统的准确性和稳定性。本文比较了美国5071A磁选态铯原子钟铯束管10890A与国产4510A磁选态铯束管的各个接口,对工作原理、技术特点、主要技术指标和测试结果进行了分析。

铯束管长寿命考核评价方法研究

铯束管作为铯原子钟的核心器件,是决定铯原子钟频率准确度、频率稳定度和寿命的最主要因素。本文分析了磁选态铯束管、激光抽运铯束管和磁选光检铯束管的工作机理,研究了影响铯束管寿命的主要因素,提出了长寿命铯束管的寿命考核评价方法,并开展了试验验证,试验结果表明该评价方法可行。

铯束管测试仪研制

主要介绍了北京无线电计量测试研究所研制的铯束管测试仪整机工作原理、关键技术研究及与进口仪器测量对比实验结果。这项工作在铯束管测试方面做出了新的尝试,取得了比较满意的结果。

微波功率对Ramsey信号的影响研究

对激光抽运铯束管中Ramsey信号强度及线宽随微波功率的变化进行了数值计算,同时使用了-11~0 dBm范围内的微波功率进行了实验验证。结果表明,信号强度及线宽的计算值与实验值较为符合。当信号强度取最大值时,对应微波功率的计算值为-5.1 dBm,实测值约为-6 dBm;对于Ramsey线宽,最大计算值为562 Hz,对应的微波功率为-3.8 dBm,而实测最大值为552 Hz,对应的微波功率约为-3 dBm,两者基本相符,变化趋势也较为符合。