用激光致冷的精确的~9Be+原子钟

在原子频标中采用激光致冷储存离子,因其大大地抑制了多普勒效应,将有可能达到非常高的准确度。利用~(201)Hg~+基态超精细跃迁的原子钟,其准确度与稳定度都可能超过1×10~(-15)量级。但用激光致冷的~9Be~+离子更易于用实验方法获得。所以,研究~9Be~+频标是为了研究离子储存频标中激光致冷的一般性问题。实验中约有300个~9Be~+离子储存在一彭宁陷阱(PenningTrap)中,用激光对其致冷。在～0.82T磁场时,观测到频率为303MHz的基态(MI,MJ)=(-3/2,1/2)→(-1/2,1/2)核自旋翻转超精细跃迁,其跃迁频率与一阶磁场无关。用时域Ramsey询问法测得线宽为25MHz。被锁定到该跃迁频率上的振荡器的稳定度达:采样时间间隔为400s<τ<3200s时(τ)≌2×10~(-11)。用测量离子速度分布的方法测定二阶多普勒频移约在5×10~(-14)量级。在本实验中,磁场不稳定性影响约在3×10~(-14)量级。所有其它系统误差估计皆小于3×10~(-14)。     

主动光频标的研究进展

传统被动光钟激光锁频系统的频率稳定度最终受限于由布朗运动导致的腔长热噪声，是目前光频标发展面临的主要技术瓶颈之一。主动式新型光频标利用光学谐振腔的弱反馈在原子跃迁能级间形成多原子相干受激辐射，该受激辐射输出信号可直接作为钟跃迁信号使用，相比于被动光钟，主动光中原理上可实现更窄的量子极限线宽，并具有腔牵引抑制优势。分别介绍了国内外在主动光频标研究现状，主要介绍北京大学在该研究方向取得的理论及实验研究进展。为了实现窄线宽连续型主动光频标，提出双波长好坏腔方案减小剩余腔牵引效应对四能级主动光钟的影响，其中Nd:YAG 1 064nm好腔激光和铯原子1 470nm坏腔激光共腔输出，分别工作在好、坏腔区域，好腔激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术锁定主动光钟谐振腔的腔长，由于坏腔激光相比于好腔激光具有腔牵引抑制优势，因此坏腔激光线宽有望在腔长锁定之后的好腔激光的基础上进一步压窄。目前两套双波长系统的1 470nm钟激光拍频线宽受限于两个谐振腔腔长的相对抖动，为了抑制共模噪声对钟激光拍频信号的影响，并验证采用PDH稳频技术实现腔长锁定的可行性，本文利用相位锁定技术同步两套双波长好坏腔系统的谐振腔腔长，从而消除腔长共模噪声对钟激光拍频线宽的影响，进而分析除剩余腔牵引效应以外的其他因素对1 470nm主动光频标的影响。     

主动光频标的研究进展

传统被动光钟激光锁频系统的频率稳定度最终受限于由布朗运动导致的腔长热噪声,是目前光频标发展面临的主要技术瓶颈之一。主动式新型光频标利用光学谐振腔的弱反馈在原子跃迁能级间形成多原子相干受激辐射,该受激辐射输出信号可直接作为钟跃迁信号使用,相比于被动光钟,主动光中原理上可实现更窄的量子极限线宽,并具有腔牵引抑制优势。分别介绍了国内外在主动光频标研究现状,主要介绍北京大学在该研究方向取得的理论及实验研究进展。为了实现窄线宽连续型主动光频标,提出双波长好坏腔方案减小剩余腔牵引效应对四能级主动光钟的影响,其中Nd:YAG 1 064nm好腔激光和铯原子1 470nm坏腔激光共腔输出,分别工作在好、坏腔区域,好腔激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术锁定主动光钟谐振腔的腔长,由于坏腔激光相比于好腔激光具有腔牵引抑制优势,因此坏腔激光线宽有望在腔长锁定之后的好腔激光的基础上进一步压窄。目前两套双波长系统的1 470nm钟激光拍频线宽受限于两个谐振腔腔长的相对抖动,为了抑制共模噪声对钟激光拍频信号的影响,并验证采用PDH稳频技术实现腔长锁定的可行性,本文利用相位锁定技术同步两套双波长好坏腔系统的谐振腔腔长,从而消除腔长共模噪声对钟激光拍频线宽的影响,进而分析除剩余腔牵引效应以外的其他因素对1470nm主动光频标的影响。     

汞离子微波频标汞光谱灯设计

汞离子微波频标由于其体积小、指标高的优势,未来将在卫星导航、深空探测和守时中得到广泛应用。汞离子微波频标的优势在于利用汞灯进行抽运,可实现小型化。而汞灯的指标会限制汞离子微波频标的物理极限,因此汞灯的设计尤其重要,通过大量的实验完成了汞灯的设计。测试指标如下,功率稳定度大约2.5%,测试时间为3天;194nm与253nm谱线能量比约1/45,通过滤光泡可改善为1/3。     

汞离子微波频标汞光谱灯设计

汞离子微波频标由于其体积小、指标高的优势,未来将在卫星导航、深空探测和守时中得到广泛应用。汞离子微波频标的优势在于利用汞灯进行抽运,可实现小型化。而汞灯的指标会限制汞离子微波频标的物理极限,因此汞灯的设计尤其重要,通过大量的实验完成了汞灯的设计。测试指标如下,功率稳定度大约2.5%,测试时间为3天; 194nm与253nm谱线能量比约1/45,通过滤光泡可改善为1/3。     

时间与频率计测技术新动向

本文概括介绍了小型军工及商用原子频标性能、超导腔稳定振荡器(SCSO)、201汞离子贮存式频标和双光子光频标技术的发展状况,高质量低噪声VHF晶振、现代光纤参考频率传递系统新进展,以及用双频GPS接收机进行电离层传播时延变化修正、动态瞬变频率和时间间隔分析等技术的新动向。上述计测技术对有关型号任务、计量研究有一定的参考价值。     

汞离子微波钟技术研究进展

汞离子微波钟利用四极线型阱实现离子囚禁，通过汞光谱灯完成汞离子态的制备，易于集成和小型化；通过离子阱和汞光谱灯及其光路等关键组件优化设计，使汞光谱灯发出的抽运光与离子阱囚禁的离子充分作用，完成态的制备；40.5 GHz微波通过喇叭发射至离子阱中心，完成离子数反转；利用弱荧光信号探测系统完成汞离子超精细能级跃迁谱线的探测，实测跃迁谱线线宽约1 Hz;通过伺服控制环路完成汞离子微波钟的闭环锁定，经实验测试，频率稳定度可达■。     

汞离子微波钟技术研究进展

汞离子微波钟利用四极线型阱实现离子囚禁，通过汞光谱灯完成汞离子态的制备，易于集成和小型化；通过离子阱和汞光谱灯及其光路等关键组件优化设计，使汞光谱灯发出的抽运光与离子阱囚禁的离子充分作用，完成态的制备；40.5 GHz微波通过喇叭发射至离子阱中心，完成离子数反转；利用弱荧光信号探测系统完成汞离子超精细能级跃迁谱线的探测，实测跃迁谱线线宽约1 Hz;通过伺服控制环路完成汞离子微波钟的闭环锁定，经实验测试，频率稳定度可达■。     

宇航计测技术 2004年 总目次(总第139期～144期)

第 1期建设我国独立自主时间频率系统的思考王义遒 (1)………………………………………………………………………………TAI和UTC的进展王正明 (11)…………………………………………………………………………………………………………一种新型铷汽室频标电路方案冯克明　等 (16 )……………………………………………………………………………………NIM4 #铯冷原子喷泉钟新一代时间频率基准李天初　等 (2 0 )……………………………………………………………………光抽运小铯束频率标准中光频移的测量张军海　等 (2 6 )………………………     

一种高g值冲击标准校准裝置

本文介绍了高g值冲击标准校准装置的原理和方法,详细分析了该装置的误差来源及其合成方法,并给出了实验结果。该装置的不确定度为U_(95％)=±3％。(200～2×10~5m/S~2),U_(95％)=±5％(3×10~5m/S~2)。用该装置对美国ENDEVCO公司的2270标准加速度计进行幅值线性度校准,其校准值与出厂值完全一致。     

汞-199离子储存频率标准近期的理论进展和实验结果

储存在射频四极陷阱(Trap)中的199Hg离子在4O.5GHz频率时的超精细谐振,证明具有极窄的相对线宽,因而被选作为高精密的频率标准。引起该类频标频率变化的主要因素是因储存离子运动产生的二阶多普勒频移,采用少量低压气体作为背景,使运动的离子被致冷至300K所形成的离子云的密度几乎完全决定于伪电势与空间电荷力的平衡。我们发现在这种情况下,根据陷阱参数、温度和储存离子的总数和质量可以准确地计算出二阶多普勒频移。用氦作为致冷气体所进行的大量实验表明,由射频脉冲宽度限制的谱线宽度为0.85Hz。根据所观测到的谱线形状可以预计自然线宽将小于0.1Hz。采用闭环稳定储存离子数的方法,已能使测得的二阶多普勒频移达n×10~(-13)量级。     

中国航天科工二院203所

正原子钟里的贵族——蓝宝石主动型氢原子频标BM2101-03应用领域本地守时、导航、深空追踪、计量、光原子频标、光长度标准、精确原子物理测试、高精度测试、射电天文、地球物理、相对论验证、量子力学试验产品特点·性能指标高频率准确度:3E-13频率稳定度:3E-13/s、3E-15/10000s、3E-15/d相位噪声(5MHz):-125dBc/Hz(1 Hz)、-150dBc/Hz(1 kHz)、-150dBc/Hz(10kHz)     

压控晶振的噪声特性与锁相环的相位抖动

本文引述了晶振短期频率稳定度的定义、表征及时域、频域表征之间的换算给,出了压控晶振的噪声模型的表达式S_(φO)=S_(φA)[1+(v_o/2Q_ef)~2],同时指出了改善压控晶振噪声特性的途径:优选高品质因数、小频差的石英谐振器作为稳频元件;通常的主振级电路参数最佳化;高的有载品质因数Q_e的振荡系统和低的放大器相位噪声S_(φA)的良好折衷及优良辅助电路的配合。本文还建立了以压控晶振幂律谱噪声模型的参数和锁相环参数(ω、ω_n、B_L)表征的环路相位抖动,以及相位抖动和呵仑(Allan)方差之间的关系。本文为锁相环设计方案的论证和环路多数的选择提供了依据,亦为低噪声晶的研制提供了有益的启示和参考电路。     

基于多参考源的铷原子钟校频方案的设计与实现

研究了铷钟校频系统的原理,并对校频误差进行了分析,提出了一种基于多参考源的铷原子钟校频方案,可用GNSS/北斗接收机的1PPS,IRIG-B(DC)码以及一级频标的10MHz频率三种方式校频,提供100s,1 000s,10 000s三种不同的校频时间,以满足用户对不同校频时间和校频准确度的综合需求。     

多位数频标测量系统

介绍一种非整数(多位数)频标频率测量系统的工作原理、误差分析及主要技术指标。频率测量范围从1～80MHz,系统的不确定度α<5×10~(-11)/s。该系统还可以同时进行多台频标的自动测试(配上计算机和多路射频开关)。     

短期频率稳定度自动测量装置

本文介绍了授率稳定度的表征,研制的一台频率短期稳定度测量装置和一个测时精度为0.1ns的时间间隔计数器,它可实现短稳时域阿伦方差无间隙采样。通过IEEE—488接口总线实现了对频综的多点连续和对振荡器的跟踪自动测量。本装置频率稳定度测量范围为0.2～500MHz,(并可扩展到10GHZ)。自校准σ_y(τ)=5E一6/τ.S_φ(0.1Hz)=-135dB/Hz,S_φ(1Hz)=—138dB/Hz,S_φ(10Hz)=-140dB/Hz,S_φ(100Hz)=-150dB/Hz。本装置经多次实测实验,性能可靠,测量数据可信。     

《宇航计测技术》2003年总目次(总第133期～138期)

第 1期电子设备综合自动检测系统的设计鞠建波　等 ( 1)……………………………………………………………频标比对中一种新的测量方法于建国　等 ( 6 )…………………………………………………………………时间继电器延迟时间的高准确度测量张建平 ( 12 )…………………………………………………………………脉冲调制对连续波载波单边带相位噪声的影响张贵军　等 ( 17)…………………………………………………微波衰减测量过程失控的原因分析及解决方案贾　旭　等 ( 2 2 )…………………………………………………提高微波晶体管S参数测量精…     

约瑟夫逊电压标准中的微波系统和实验杜瓦装置

对约瑟夫逊电压标准监测器中的微波系统,包括标准微波频率的产生、放大、传输、测量和校准等作了说明,还介绍了用低温同轴电缆作传输线的实验杜瓦装置。整个微波系统在精密测定2e/h这一物理常数的联动实验中,经过相当长时间的反复实验,证明其性能可以满足建立最终精度为10~(-3)量级的约瑟夫逊电压标准监测器的各项技术要求。尤其是测频精度、校频方法和校频精度以及微波功率电平的稳定性、标准台阶波形的清晰度和噪声特性等,和国外报道的先进水平相比,毫不逊色。据了解,用小型化半刚性低温同轴电缆在低温环境下作传输线,在国内尚无先例。     

高稳频微弱激光量子源测量标定技术研究

激光雷达探测系统需求稳定的单光子源作为定标光源,通过输出波长及功率可量化溯源的微弱光量子信号,对探测系统的探测不确定度进行分析,并对接收与探测系统性能进行评估。针对这一需求设计并研制一种输出激光波长稳定、输出平均光子数从10^(11) s^(-1)量级至10~3 s^(-1)量级的可调谐高稳频微弱激光量子源,并开展了相关测量标定工作。输出的微弱信号光波长稳定在532.269 nm处,功率覆盖79.3 nW至0.34 fW,平均光子数覆盖10^(11) s^(-1)量级至10~3 s^(-1)量级,在10~5 s^(-1)量级的稳定度优于0.6%,能够满足激光雷达系统探测不确定度分析与性能评估等方面的应用需求。     

热处理对纳米氧化锆热障涂层热物性的影响

采用大气等离子喷涂(APS)在GH33基体上制备了氧化锆纳米结构涂层,运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉曼光谱(RS)等分析手段对原料粉末和涂层的显微结构、相组成进行了观察和确定,分别利用激光脉冲技术测量了热处理前后涂层的热扩散率.实验结果表明,等离子喷涂氧化锆纳米涂层颗粒分布在65~110nm之间,大于原料粉末的40~70nm,涂层主要由亚稳四方相氧化锆组成.1050℃下热处理34h后,涂层的热扩散率从制备态的2.15×10-3~2.75×10-3cm2/s升高到2.65×10-3~3.25×10-3cm2/s.