我国早期原子钟研制历程回顾

“2019全国时间频率学术会议”是由四个专业委员会联合每两年举办一次的20周年纪念会。20年来，我国原子钟事业已有长足发展，成为世界上原子钟研制与开发的大国。但总体上说，我们的工作还是以跟随为主，真正属于自主创新的较少。不改变这种局面，我们还难以成为独立自主的时间频率强国，为国家经济和国防建设作出应有贡献。本文回顾了我国原子钟研发的情况，提到一些从基础研究上属于原始创新的案例。阐述了这些案例是在简陋的实验条件下依靠对原子钟内各类实验现象进行深入的物理分析基础上出现的。同时，也指出了在比较粗糙的工艺条件下实现精细的技术指标中能工巧匠所起的特殊作用。文章也约略提到国内各单位间无私协作的崇高精神。本文将讲述一些故事，并就原子钟产业的问题表示一点看法。中国要实现“强国梦”，阻力和困难还很多很艰巨，我们必须拥有丰富的原始创新来加以克服。为此，坚韧的奋斗钻研精神和传统仍不失借鉴与继承意义。     

CPT原子钟系统光源温度控制设计与实现

介绍了半导体激光器波长影响机理,针对相干布局数囚禁（CPT）原子钟系统光源,设计并制作了通过半导体激光器的温度稳定的电路。实验结果表明,采用此电路的激光器,其温度稳定度约为0.02℃,相应波长稳定度可达0.001 2 nm。     

NASA将试验新型原子钟

据澳大利亚今日航天网2011年10月17日报道,许多卫星都需要精确的授时信号,确保科学仪器正常作业。对GPS卫星来说,精确授时是至关重要的,否则所有依赖GPS信号导航的事物都会出错。NASA喷气推进实验室计划进行的第三项演示验证名为深空原子钟(DSAC)。DSAC团队计划以汞离子阱技术为基础,研制一款小型、轻质原子钟,并在太空中对其进行演示验证。     

氢原子钟的空间应用前景

氢原子钟仍是目前可移动的和实用的最高稳定度的时频标准。作为参考,10^-16稳定度的氢原子钟很适合空间科学测量。文章介绍了氢原子钟的特点及其在空间科学实验中的潜在应用前景。     

基于精密时间的星敏感器绝对姿态基准的建立

根据星敏感器外场试验的实际需要,提出一种用于建立星敏感器参考姿态基准的方法.介绍星敏感器参考姿态基准建立的基本原理;分别求取从赤道惯性坐标系i系到地球坐标系w系的转换矩阵Cw1（依靠原子钟精密计时）、从w系到地理坐标系t系的转换矩阵Ctw、从t系到平台坐标系p系的转换矩阵Cpt,从p系到星敏感器坐标系s系的转换矩阵Csp,从而得到i系到s系的转化矩阵Cs1;根据Csi求取星敏感器的姿态角,作为参考姿态基准;编制求解星敏感器参考姿态基准的电算化程序,并绘制星敏感器3个姿态角的误差曲线,最大误差小于0.25″.仿真结果表明,通过精密时间得到的姿态可以作为星敏感器外场试验的参考姿态基准.     

原子钟长期特性测量系统的设计与实现

通过在对各种时频测量硬件的搭建,建立一套多台被测原子钟同时与本地频率标准钟比对的测量系统。该系统以数据库服务做为最底层的数据支持,能够实时的监控测量数据,显示当前被测原子钟的频率准确度,并能够在获得了足够的数据之后,计算和显示被测原子钟的日稳和漂移数据和曲线,方便时频计量人员操作,提高了送检原子钟的计量检定效率。     

铷原子钟物理部分的低剂量率辐射效应研究

铷原子钟物理部分是铷原子钟的原子鉴频器,决定铷原子钟的短期和长期稳定度（1s以上）,其中使用了金属铷、玻璃、镍铁合金等材料和一些双极性晶体管、运算放大器等器件,其核心部件铷泡是一个采用特殊真空工艺制造的器件,这些材料、器件和工艺的低剂量率辐射效应需要实验评价。本文提出并完成了铷原子钟物理部分的低剂量率辐射实验,采用Co60γ源,辐射剂量率0.01rad（Si）/s,总剂量50krad（Si）,对铷原子钟物理部分和铷泡的辐射效应分别进行了实验评估。这项研究更加真实地逼近了空间的电离辐射,实验数据对于星载铷原子钟的在轨运行监测和下一代星载铷原子钟的抗辐射设计具有重要的作用。     

高温超导谐振器技术及其应用研究综述

目前,用超导临界温度比较高、微波表面电阻Rs较小、超导性能稳定的高温超导薄膜制成的高温超导谐振器已在工程上得到广泛应用。高温超导谐振器较其他谐振器具有Q值高、噪声小、损耗低等优点。它不仅可作为高性能微波器件使用,还可用来开展超导薄膜或介质衬底材料的微波性能研究,在航天领域有望用于空间原子钟。文章对高温超导谐振器的原理、结构、各领域应用及国内外研究情况进行综述,并给出我国发展此项技术的建议。     

一种芯片原子钟专用锁相倍频器研究与设计实现

分析了倍频器对芯片原子钟稳定度指标的影响,并以此提出了对倍频器的设计要求。介绍了国内外几种典型的原子钟倍频器,提出了一种基于撞-D调制的芯片原子钟专用锁相倍频器方案,并采用分离器件对该方案进行了验证,实现了与传统铷钟物理系统的闭环锁定,铷原子频标稳定度指标达4.7E-12/s,能满足原子钟的研制需求。基于该方案开展了倍频器芯片的设计和流片,实现了3.4GHz的芯片原子钟专用芯片,与物理系统进行联调锁定后稳定度指标达5.5E-11/s,表明该芯片可满足芯片原子钟的设计要求。     

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。