磁场对冷镱原子光钟稳定度影响的仿真分析

在光晶格钟运行时，不停起伏的杂散磁场会引入一阶塞曼频移和二阶塞曼频移，从而影响光晶格钟的频率不稳定度。此外，突变的磁场可能导致激光频率参考到钟跃迁频率的伺服闭环过程发生不可恢复的失锁，从而阻碍光钟的持续运行。在实验中，光钟进行频率闭环锁定前，通常通过控制三维线圈对光钟主腔中心原子处的杂散磁场进行补偿。首先使用三维磁强计，对真空主腔附近的磁场进行监测和记录，以分析杂散磁场对光钟性能的影响。然后利用正态分布模型和二项分布模型等，对光钟频率伺服锁定过程的阿伦偏差进行仿真拟合。在引入实际磁场监测数据的基础上，模拟光钟频率的伺服锁定过程，分析其仿真结果可以得出：减小杂散磁场起伏和控制磁场漂移，在提高冷镱原子光钟的短期稳定性和长期稳定性方面具有重要意义。     

冷镱原子光钟的研究进展

光学原子钟是一类基于原子或离子中光频跃迁的新型原子钟,近年来已成为研究热点并获得了重大进展,其性能已优于最好的铯基准微波钟,可满足更高精度定位、导航与授时应用的需求。阐述了冷镱原子光钟的基本工作原理及构成,分析了系统不确定度和稳定度等性能指标,给出了目前世界范围内的发展现状,介绍了华东师范大学的研究进展,其中一台光钟的系统不确定度评估为1.7×10~(-16),稳定度为2.9×10~(-15)/τ~(1/2),在5000s平均后稳定度优于4×10~(-17)。最后简要对冷镱原子光钟的应用前景进行了展望。     

用于铷原子磁光阱的超高真空系统设计

上抛式冷原子干涉重力仪,以Rb原子作为操控介质,使其在二维磁光阱中被冷却,在三维磁光阱中装载并在干涉区内实现探测。根据重力仪对真空系统的特殊要求,对真空系统的结构和参数进行设计,完成真空泵、真空腔室结构及光学玻片等关键部件的选型及设计,设计出结构紧凑实用的超高真空系统。在后期磁光阱的装配中,提出了相应的关键工艺技术,实现了超高真空系统的组装搭建。通过差分管的设计,二维磁光阱的真空度控制在10-6Pa,三维磁光阱的极限真空度达到10-8Pa。     

芯片级光钟技术综述

芯片级光钟是一种基于热原子中光频跃迁的新型光钟,近年来随着光子集成技术、激光技术和微机电技术的发展,该类光钟可以实现较小的体积和较高的精度,有望广泛应用于对体积、质量、功耗和精度敏感的各种国防装备中.介绍了国内外芯片级光钟技术的进展情况,阐述了芯片级光钟的相关技术,包括基于双光子跃迁的光频标技术、微制造气室技术和微腔光频梳技术等,分析了影响频率稳定度和准确度的主要因素,最后对芯片级光钟面临的机遇和挑战进行了简要的展望.     

飞秒激光及光钟

结合飞秒激光超强、超快、超稳、宽频、广谱、相干的特点,介绍了其相应的技术应用情况：应用超快特性的微观物理、生物、化学、信息、通信等;以超强应用为对象的材料加工、制备、电子对撞加速器、受控核聚变等;以超稳特性应用为对象的光频测量、长距离测量、光钟等,并简介了光钟。     

基于贝叶斯优化的磁光阱多参数自主优化系统

磁光阱是一种冷却陷俘原子的装置，磁光阱实验参数的优化是冷原子实验中基础且重要的工作，人工手动优化参数需耗费大量时间，且很难确保最终参数是全局最优的。基于贝叶斯优化的机器学习方法是一种对目标表达式未知、非凸、多峰的量子物理系统进行参数优化的有效方案，该过程通常远快于人工手动调节，且有更大概率找到全局最优值。提出了一种基于贝叶斯优化方法的冷原子多参数自主实时优化实验方案，该方案通过成本函数构造、控制程序编写、贝叶斯算法优化等形成一个可自主优化的闭环系统。实验结果表明，经过约30 min的迭代优化，所提方案可有效完成磁光阱系统的多参数优化，并得到最优的实验结果；所提方案验证了贝叶斯优化方法在多参数物理系统中应用的可行性，通过改进成本函数，还可应用于其他的复杂多参数实验物理系统最优参数快速确定。     

光抽运小铯钟及其在PNT应用

对比分析了大小铯原子钟及其在PNT中的应用,在此基础上介绍了基于光抽运技术方案实现的国际上第一台商用小铯钟。在研制原理样机和工程样机的过程中,解决了激光稳频、铯束准直等关键技术和工作温度、振动、EMC等环境难题,技术状态满足小批量生产要求,频率稳定度可达10-15,频率准确度优于10-12,技术指标达到国际同类小铯钟5071A水平。分析了光抽运小铯钟作为守时原子钟如何应用于时间频率基准实验室、数字通信同步网、卫星导航地面站、长波导航路基站等PNT体系。     

铯光泵原子磁强计研制进展

铯光泵原子磁强计利用极化铯原子自旋拉莫尔相干进动探测和测量磁场,具有精度高、响应快等特点。围绕铯光泵原子磁强计的技术特点,重点介绍了其工作原理及研制工作,实现了一款铯光泵原子磁强计整机。测试结果表明,该款磁强计磁场测量范围为20000~100000nT,峰-峰噪声值为0.0017nT,能满足磁异常探测对高精度磁强计的需求。     

基于内腔光阱的光力加速度测量方法

内腔光阱中被捕获微粒的微小位移将导致腔内激光功率的大幅变化,可实现光阱系统的快速自反馈.基于这一原理,提出了一种新型加速度测量方案.该方案计算了内腔光阱中被捕获微粒的径向受力,建立了利用激光功率进行加速度传感的理论模型,并分析了工作点的选取对加速度测量的影响.系统以高频光电探测器作为加速度测量模块,可实现GHz量级的信号采集.内腔光阱将进一步促进光镊技术在惯性测量方向上的应用.     

一种Mx构型氦光泵磁力仪的磁共振理论分析与实验验证

从亚稳态氦原子的Liouville方程和Bloch方程出发,研究了基于Mx构型的亚稳态氦原子的光磁双共振过程,建立了光探测磁共振线型的理论模型,并通过实验对幅值信号与相位信号的磁共振线型仿真结果进行验证,实测曲线与理论预测匹配较好。对共振线宽进行了估算,讨论了影响磁力仪工作灵敏度的磁力仪设计参数,这对Mx构型氦光泵磁力仪的研制有重要的指导意义。     

基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计

基于差频技术的单块飞秒光学频率梳被广泛应用于光频的精密测量领域。通过将飞秒激光的重复频率和载波包络相移同时锁定至原子钟上,可以将飞秒光学频率梳的稳定状态延长至9 h。文中提出了一种基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计,并且针对两种待测光频的不同情况,给出了不同的测量方法。这种设计对将来实现高效率的光频测量具有重要意义。     

激光选区熔化制备钛合金点阵材料无损表征

通过激光选区熔化制备BCC和DOD结构的钛合金金属点阵,使用Micro–CT对两种结构的钛合金点阵材料进行扫描和三维重建。Micro–CT图像清晰地显示金属点阵内部结构,BCC和DOD单胞整齐地以周期性进行排列,且内部存在少量圆形、椭圆形缺陷。通过将实际样品三维数据与CATIA数模进行比对,发现钛合金点阵在制备过程中出现一定程度翘曲。此外使用共聚焦显微镜并基于Micro–CT图像对BCC和DOD两种金属点阵进行表面粗糙度测定。结果表明,Micro–CT在钛合金点阵材料内部结构、缺陷、制备误差、粗糙度测试等表征方面具有显著的应用价值。     

导航卫星时频系统发展综述

全球各大卫星导航系统近年来发展迅速,性能持续提升,其中卫星时频系统的高性能、稳定可靠和保持星间时频同步是系统实现高精度测量的基础.介绍了目前应用于各卫星导航系统的铷钟、氢钟、铯钟等星载原子钟和时频生成与保持技术的特点、发展概况及在轨应用情况.面向精度提升和自主运行能力提升的需求,分析了可能应用于下一代导航卫星的星载原子钟技术、星上时频生成与保持单元性能提升方法以及星间高精度激光时频同步技术,以支撑未来时频基准的天基化和我国综合PNT体系的建设.     

Cu/Al爆炸冲击界面连接及拉伸与切削性能的分子动力学模拟

基于分子动力学方法,从微观角度揭示Cu/Al焊接点处的瞬时爆炸焊接过程,研究纳米焊接件接头处的力学特性及切削加工性能。结果表明:铝、铜板互相碰撞后动能转化为内能,异种原子间互相熔合渗透形成接头;焊接件拉伸时弹性模量介于单晶铝和单晶铜之间,抗拉强度为6.89 GPa,这一值大于宏观实验结果,但所对应的应变率10.67%与实验中的11%接近;在接头区域附近,位错与无序晶格的相互作用造成了塑性变形阶段的应力强化,使得拉伸应力值大于两种单晶;这一强化机制也体现在刀具切削接头区域时的平均切削力大于单晶铜、铝的平均值,与实验结果相一致;无序晶格区严重的位错形核有利于位错产生且沿与切削方向呈45°传播,传播时的塞积导致切削加工硬化效应。     

Frequency steering of spaceborne clocks based on XPNAV-1 observations

Due to high stable rotations, timing of pulsars provides a natural tool to correct the frequency deviation of spaceborne atomic clocks. Based on processing the observational data about a year of Crab pulsar given by XPNAV-1 satellite, we study the possibility of correcting the frequency deviation of spaceborne atomic clocks using pulsar timing. According to the observational data in X-ray band and the timing model parameters from radio observations, the pre-fit timing residuals with a level of 6...     

Layout design of thin-walled structures with lattices and stiffeners using multi-material topology optimization

In this paper, the thin-walled structures with lattices and stiffeners manufactured by additive manufacturing are investigated. A design method based on the multi-material topology optimization is proposed for the simultaneous layout optimization of the lattices and stiffeners in thin-walled structures. First, the representative lattice units of the selected lattices are equivalent to the virtual homogeneous materials whose effective elastic matrixes are achieved by the energy-based homogenization method. Meanwhile, the stiffeners are modelled using the solid material. Subsequently, the multi-material topology optimization formulation is established for both the virtual homogeneous materials and solid material to minimize the structural compliance under mass constraint. Thus, the optimal layout of both the lattices and stiffeners could be simultaneously attained by the optimization procedure. Two applications, the aircraft panel structure and the equipment mounting plate, are dealt with to demonstrate the detailed design procedure and reveal the effect of the proposed method. According to numerical comparisons and experimental results, the thin-walled structures with lattices and stiffeners have significant advantages over the traditional stiffened thin-walled structures and lattice sandwich structures in terms of static, dynamic and anti-instability performance.