铷原子频标TE111微波腔的仿真分析及实验

使用AnsoftHFSS软件建立铷原子频标微波腔内加载集成泡的模型,仿真并分析了集成泡尺寸和安装位置对腔体谐振频率的影响,最后进行了实验验证。结果表明,仿真得出的结论和实验结果有一定的一致性,加载不同尺寸集成泡对微波腔谐振频率影响明显并且呈一定规律分布,这对于中微波腔的设计具有重要的参考价值。     

极小型氢频标磁控管微波腔的仿真设计

用Ansoft HFSS仿真软件建立了极小型氢频标磁控管微波腔的几种模型结构,在给定腔体尺寸下,仿真了不同电极间距的空型和磁控管型微波腔谐振频率和品质因数,得出极小型氢频标磁控管微波腔的设计参数,并对实际设计中影响磁控管微波腔谐振频率的因素给出了建议。     

小型氢原子频标微波腔本征值问题的计算机仿真分析

使用Ansoft HFSS软件分别仿真计算了氢原子频标中标准尺寸微波腔、蓝宝石部分介质充填微波腔和不同金属极片间距的磁控管微波腔,并分析了储存泡对谐振频率的影响,得到极片间距和储存泡对谐振频率的影响趋势,对于实际工作时主要影响谐振频率的极片间距的选择给出了建议。     

铯原子Ramsey跃迁仿真模型与实验研究

基于现有理论,建立了一种铯原子Ramsey跃迁仿真模型。该模型不仅可以对理想情况下微波腔内发生的跃迁线形进行仿真模拟,而且能够对铯束频标中比较常见的相邻σ跃迁、微波腔两互作用区相位差,以及C场不均匀对跃迁线形的影响进行模拟。实验测试与仿真模拟的对比表明:利用本模型可以高度还原铯束频标实验测得的跃迁线形,并给出具体的参数偏差,对铯束频标的频移分析与控制具有重要的指导作用。     

宽带微波电场量子化计量技术研究

随着国际单位制7个基本单位已由基本物理常数定义,计量单位进入了量子化时代。基于里德堡原子干涉效应的微波电场测量技术,依托里德堡原子的稳定性、可复现性等特点,可实现对微波电场的高灵敏度、低不确定度测量,将微波场强幅值直接溯源至时间频率单位,实现场强参数溯源链路的扁平化。文章利用室温铯原子蒸汽室作为探头,采用AT分裂方案和外差法方案,实现了微波频率范围(1~40) GHz,场强幅度范围5 mV/m~10 V/m的微波电场精确测量。本工作在计量、雷达、太赫兹通信、电磁信号监测等领域有广泛的应用前景。     

CPT铯原子钟微波信号源设计与分析

CPT原子钟由于其体积小、功耗低等优点广泛应用于通信、导航及数据传输等领域。本文采用数字锁相倍频的方法,根据CPT铯原子钟对微波信号的需求设计了一种中心频率为4 596MHz的信号源,并对其输出信号的相位噪声进行了分析。经测试,信号源电路尺寸为30mm×50mm,功耗小于200mW,输出微波功率范围为（-20~-5）dBm,输出信号噪声与理论分析相符,杂散抑制满足设计要求,调制信号频率为500Hz,可用于CPT铯原子钟。     

光抽运小铯束频率标准中光频移的测量

对光抽运小铯束管的光频移进行了测量 ,并对结果进行了简要的分析 ,估算了射入Ramsey腔的相应光强。导致光频移的光源是抽运光和检测光通过漫反射进入微波腔的部分和原子束中的铯原子自发辐射所产生的荧光。     

汽室型铷原子频标中微波腔的小型化

讨论了实现汽室型铷原子频标微波腔小型化的技术途径,给出了自主研制的小型化微波腔的三维仿真结果和外型结构,介绍了以新研制的小型微波腔为基础构成的小型化腔泡系统。小型化微波腔的研制成功,使整个物理系统的体积减小。在小型化的条件下,整机短期频率稳定度达到了国际同类产品水平。     

超磁致伸缩超声换能器的磁路优化设计

为了改善磁路环境,最大限度地降低超磁致伸缩超声换能器的发热,将磁路间隙作为研究对象,采用Maxwell有限元软件对磁路间隙与超磁致伸缩材料（GMM）棒的磁场强度的关系进行了分析,并通过实验对超声换能器的阻抗和振幅,以及GMM棒的温度进行了测量。结果表明:随着磁路间隙的增大,GMM棒的磁场强度和磁场均匀度减小;随着导磁圆筒槽宽的增大,超声换能器的谐振频率基本一致,GMM棒的温度减小。当导磁圆筒的槽宽约为6 mm时,该GMM棒的磁场均匀度最高,机械品质因数最大,这对超磁致伸缩超声换能器的优化设计具有重要的意义。      

国内外频率标准发展现状

时间频率在国家经济建设、科学研究、国家安全具有十分重要的意义。本文介绍了国内外高稳晶振、铷原子频率标准、守时型氢原子频率标准和铯原子频率标准、微型相干布局囚禁原子钟、低温蓝宝石微波源和超稳激光微波源以及铯原子喷泉钟的国内外发展情况、技术指标等。铷原子频率标准打破国外垄断，为北斗导航系统提供高精度的时间基准，守时型氢原子频率标准和铯原子频率标准已实现工程化，但日频率稳定度和日频率漂移率指标有待进一步提高，铯喷泉基准方面已接近国际先进水平，新型原子频标发展方兴未艾。     

磁选态铯原子钟弱信号直接采样方法研究

磁选态铯原子钟的输出频率与铯束管输出的弱电流信号有关，影响其频率稳定度。为了提高其频率稳定度技术指标，在对磁选态铯原子钟主伺服电路弱信号压频转换（V-F）和模/数 (A/D)直接采样对比的基础上，设计了基于DSP28335芯片的A/D直接采样电路，利用CAN总线通信技术与主控CPU板进行通信，实现整钟闭环锁定的方案。通过试验与被测磁选态铯原子钟现有压频转换法进行对比，结果表明，所设计的A/D直接采样法较压频转换法减小了磁选态铯原子钟相对频率偏差范围，改善了短期频率稳定度，具有实用价值。     

微波泄漏对光抽运铯束频标准确度影响的分析

微波泄漏是影响光抽运铯原子钟准确度的主要因素之一. 傅里叶变换分析法是分析其影响的主要手段,但该方法只能用来分析有效原子速度分布很窄的情况.通过分析和计算,推导出频移随漏场的位置、相位和幅度变化的关系式.计算和分析的结果表明,漏场引起频移大小和漂移区的长度、输入微波功率值和漏场的相位、强度和位置等有关.所得的结果和用傅里叶变换方法分析所得的结果是一致的,分析的方法不受原子有效速度限制.     

调频波相位噪声测量的探讨

针对铯钟系统提出的调频波相位噪声测试问题,利用HP3048A相位噪声测试系统进行了测试及测试结果的分析,并作了理论推导和实验验证,给出了理论分析和实验结果相一致的结论。最终提出了调频波相位噪声的数学模型及测试途径。     

Cavity clock experiments on space station

With the start of the Space Station era a new group of fundamental physics experiments is being developed to take advantage of the unique conditions available. Recently a microwave cavity clock experiment was selected to perform experiments in relativity. The project has four main goals: an improved test of Local Position Invariance, improved Kennedy–Thorndyke and Michelson–Morley type experiments, and an enhancement of the performance of atomic clocks being developed elsewhere for use in space. We describe the background and status of the project, which involves the development of superconducting microwave oscillators with high frequency stability. On the International Space Station unwanted cavity frequency variations are expected to be caused mainly by acceleration effects due to residual drag and vibration, temperature variations, and fluctuations in the energy stored in the cavity. At present, acceleration effects appear to be the predominant limit, and a new cavity support system has been fabricated to reduce the effect, and three assemblies are in test. Fractional frequency stabilities in the low 10⁻¹⁶ range are expected on time scales of minutes.     

开槽管微波腔中微波场场型优化

我们先前的一项研究工作表明,目前本实验室使用的开槽管微波腔的模式类似为TE111腔模式。对铷原子频标而言,这并不是最佳模式。最近我们对开槽管微波腔结构做了改进,并利用高频结构仿真软件（HFSS）仿真及实验证明,改进后的模式类似为TE011腔模式。这为我们设计出性能更高的铷原子频标物理系统奠定了基础。     

TE_(111)模式微波腔的研究

上海天文台已经设计了一种尺寸小、重量轻的TE_111模式微波腔体。对腔体的特性及振荡因子进行了讨论,结果表明。     

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。