CPT原子钟参数设计及其光谱实验研究

通过建立被动型CPT铯原子钟的理论模型,开展CPT信号与铯原子气室特性参量间关系的仿真分析和研究,建立铯原子气室设计及分析方法,得到了被动型CPT铯原子钟最佳设计参数,直径10mm、长度10mm、缓冲气体为N2的圆柱形铯原子气室,最佳工作参数为:工作温度为320K、气体压强值50Torr。并经多波长多普勒吸收光谱、CPT信号锁定及频率稳定度测试等实验,验证了理论模型的正确性,为开展高性能芯片级CPT铯原子钟的设计、参数优化提供了一种研究方法。

CPT原子钟VCSEL波长锁定环路的设计与实现

以Cs原子D2线的跃迁频率作为波长锁定参考频率,采用多波长多普勒吸收光谱波长锁定方法,设计CPT(相干布居囚禁)原子钟的VCSEL(垂直腔面发射激光器)波长锁定环路,设计的环路波长控制精度优于0.000 6 nm,稳定度优于2.84×10^(-7),能稳定实现VCSEL波长在852.4 nm附近的锁定,并在此基础上获得了高信噪比的CPT信号。该VCSEL波长锁定环路已应用于CPT原子钟实验系统,频率稳定度测试结果说明,该VCSEL波长锁定环路各项性能指标完全满足被动型CPT原子钟的需求。

电荷泵锁相环环路滤波器的设计与优化

环路滤波器是锁相环电路的重要部分,其性能好坏直接决定了电路输出信号的质量。以二阶无源环路滤波器为例介绍了电荷泵锁相环环路滤波器的设计方法,讨论了基于相位裕度和设计参数γ的环路滤波器优化设计,并且给出了仿真结果。结果证明这种环路滤波器设计方法正确,优化方法切实可行。

四极-十六极分区式线型阱中汞离子囚禁仿真研究

利用SIMION软件建立了四极-十六极分区式线型离子阱系统模型,在此基础上仿真模拟了汞离子在四极阱和十六极阱中被囚禁时的第一稳定区,并分析了离子在不同阱中的运动特性。研究了汞离子云在分区式阱中的囚禁体积和速度分布,以及在不同囚禁区域之间的穿梭过程。模拟得出了稳态情况下分区式阱中不同囚禁区域的粒子数密度分布,验证了分区式离子阱中离子云被连续囚禁、穿梭时粒子数衰减和补偿。同时,根据以上数据分析讨论了汞离子囚禁时的多普勒效应,估算了基于此分区式离子阱的汞离子微波钟的性能水平。

一种微型CPT铯原子钟电子学系统的设计

数字化电子学系统设计是微型CPT原子钟设计的重要工作,也是电子学系统芯片化设计过程中必不可少的环节。以低功耗微处理器为控制核心,设计了一种CPT铯原子钟的数字化电子学系统,包括微波信号源、温度控制、激光器控制及信号解调等电路,微处理器通过软件对采集信号的处理实现原子钟控温和锁定。该电子学系统与物理部分联调已实现整钟锁定,且其控制模块可转换为FPGA进行设计,为进一步电路芯片化设计奠定了基础。