基于相干极化调制的小型化CPT原子钟进展

基于相干布局囚禁(Coherent Population Trapping)的被动型气泡原子钟,因其优良的短稳2E-13@1s和中期稳定度2.5E-15@10~4s,而成为高性能原子钟的有力竞争者。本文基于一种新构型来探索实现高性能小型化CPT原子钟。我们通过3.4GHz微波直接调制分布式布拉格反射(DBR)激光器产生相干双色光,同时在微波和激光光束上分别施加同步的相位调制和偏振调制,实现相干极化调制,获得了较高对比度(14.7%)和较窄线宽(416Hz)的CPT共振信号。该方案采用直接调制技术使原子钟系统体积、复杂性和环境敏感性都得到减小,这使得高性能CPT原子钟的小型化成为可能。     

介质振荡器的设计

为了实现微型化相干布局囚禁（CPT）原子钟,需要设计出小体积、低功耗的微波电路。本文介绍了利用介质振荡器（DRO）实现的适合微型CPT原子钟的微波电路,首先利用ADS（Advanced Design System）软件实现了介质振荡器的仿真,然后根据仿真结果设计并实现了振荡器电路,测试结果表明：输出微波频率为3.4GHz、功率为-4dBm、功耗为37mW。     

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。     

基于CPT原理原子钟的频率控制系统

在J.Vanier工作的基础上,根据CPT(Coherent Population Trapping:相干布局数囚禁)原子钟的系统组成和工作原理,导出了基于CPT原理原子钟的频率控制系统模型,对于基于CPT原理原子钟的分析和设计工作具有实际的指导意义。     

CPT原子钟微波信号的设计和分析

根据被动型相干布居囚禁原子钟对微波信号的要求,利用小数分频锁相环技术实现了微波频率综合,并通过优化环路带宽得到最佳的输出相噪。测试结果表明:3 417 MHz微波输出在100 Hz处的相位噪声达到-80 dBc;中心频率±50 kHz范围内的杂散抑制达到54 dB,都接近于理论值。将产生的微波用于所研制的CPT原子钟,获得频率稳定度达到1 000 s内6×10-11-1/2,为目前国外商品钟水平。     

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。     

一种用于CPT原子频标的高性能解调电路

介绍了同步积分器和相敏检波器级联的解调电路及该电路在相干布居囚禁（CPT）原子频标中的应用。通过理论计算和先进设计系统软件进行的仿真表明,该解调电路具有很高的Q值和很好的抑制噪声能力,是一种可应用于CPT原子频标的解调电路。对电路的测试结果证实,该电路能够从光检测信号中解调出高性能的用于激光频率稳频的多普勒吸收谱线的微分曲线和用于微波频率稳频的CPT谱线的微分曲线。     

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。     

一种小体积低功耗微波倍频电路

针对微型相干布居囚禁（CPT）原子频标开展了小型、低功耗微波电路的研究,借助于ADS仿真,设计并实现了一种利用微带线传输微波,以阶跃恢复二极管作为非线性器件的小体积、低功耗微波倍频电路,电路面积为20mm×10mm、功耗小于10mW。测试结果表明：当输入功率为6dBm、频率为569.5MHz的信号时,获得了所需要的频率为3417MHz、功率为-9dBm的微波输出,满足CPT原子频标对微波信号的需求。     

用于里德堡原子高精度微波电场测量的小型化激光系统设计与实现

基于里德堡原子量子相干效应的微波电场测量灵敏度高、动态范围大、测量不确定度小,有望成为新一代可直接溯源至国际单位制(SI)的微波电场基准.本文介绍了一种可用于铯原子里德堡态激发的小型化绿光激光系统.该激光系统采用Littorw型光栅外腔反馈结构,实现了输出功率大于80mW的单频509nm绿光激光.利用该激光系统结合常规...     

同心锥形TEM室结构设计及性能研究

针对目前场强探头在实际使用中无法进行宽带场强校准的问题,研制了同心锥形TEM室宽带场强校准系统,该系统可实现200MHz～40GHz频段内(1～200)V/m场强范围的场强探头频率响应、线性响应、场强幅度范围等参数的校准能力,为满足宽频带、大动态的场强校准需求打下良好基础。本文主要介绍同心锥形TEM室的阻抗匹配段和屏蔽门自顶向下的结构设计,并对其电性能进行了实验验证。     

基于混响室的电场探头校准方法研究

针对电场探头在高场强下的校准需求，本文提出了利用混响室开展电场探头校准，介绍了基于混响室的电场探头校准原理和校准方法，解决了200V/m以上高场强环境下电场探头的校准问题，并与微波场强标准中的测量结果进行了对比分析。两组测量结果具有较好的一致性。     

场强标准和EMS测试装置

本文简述了TEM小室的用途、结构设计及主要性能的测试方法。TEM小室不仅能作电磁场标准,而且能作EMC测试设备,它的工作频率范围为5kHz～300MHz。所产生的最大场强为300V/m。所提供的横电磁波的大小由输入功率或输入电压计算。文章还介绍了为降低输入端驻波比所采取的一些措施,给出了性能测试结果,并用广义方和根法分析了系统的不确定度。     

一种1MHz高准确度交流电阻分压器的设计研究

本文主要探讨一种高准确度、多量程交流电阻分压器的原理、设计与校准,研究电压范围0.5V～600V、频率高达1MHz的交流电阻分压器,实现在现有技术基础上交流电压比例计量量程的扩展与应用.并通过宽频交流电压信号采样测量技术与同步采样触发技术,将分压器后端阻抗匹配增益缓冲放大器,实现对该高准确度交流分压器的校准测试.经测试...     

宽带取样示波器一种新校准方法研究

用一种新校准方法即“Nose to Nose”校准法可以校准带宽50GHz以上的宽带取样示波器。“Nose toNose”校准法通过宽带取样示波器相互对接,产生“Kick-out”脉冲,然后利用“Kick-out”脉冲求出取样示波器的幅频响应和上升时间。通过仿真和实验验证了“Nose to Nose”校准宽带取样示波器的可行性。     

双测试区GTEM室设计

吉赫兹横电波室(GTEM室)是一种重要的电磁兼容试验设备,与传统的开阔场及微波暗室相比,GTEM室具有场强大、能量利用率高等优点。本文设计了一个用于电磁辐射敏感度测试的GTEM室,有主、副两个测试区域,其工作频率为DC-4GHz,可产生超过400V/m的场强。     

电磁脉冲电场探头转换系数的校准

介绍了用于核电磁脉冲辐射敏感度试验中的电磁脉冲电场探头的校准方法。采用试验中常用的双指数脉冲波形进行校准。利用瞬态脉冲发生器、横电磁波室产生一个标准场,通过示波器等测量设备,对探头的转换系数进行校准,为电磁脉冲电场的准确测量提供了技术依据。     

Influence of different atmospheric models and seeing effects on the nonlinear calibration

This paper describes a technique intended to improve calibration of vector magnetograms achieved by the spectral line Fei 5324.19 Å which was first described in detail by Hagyard and Kineke [Hagyard, M.J., Kineke, J.I., Improved method for calibrating filter vector magnetographs, Solar Phys., 158, 11–28, 1995.]. The technique attempts to compensate for nonlinear behavior of the measured linear and circular polarizations of the line as functions of inclination angle and field strength. This method depends on different atmospheric models. To the three different atmospheric models, the VAL-C quiet photosphere model, the Ding and Fang penumbra model and Allen umbral model, the circular polarization signal is directly linearly proportional to the longitudinal field strength in the range of 800 G, 1000 G and 1300 G, respectively. For the transverse field, however, this linear relationship holds over much smaller ranges which are 200 G, 300 G and 200 G. The improved method improves the accuracy in calibrating the polarization signals over a wide range of field strengths and inclination angles. With the seeing effects decreasing in the magnetic observation, the longitudinal fields and the transverse ones are underestimated. The differences in the zero-iterative longitudinal and transverse field are relatively minor, but differences in the multi-iterative longitudinal and transverse field can be as high as 260 G and 500 G. The improved calibration method is more sensitive to the seeing effects variation than the former calibration method.     

用于直升机现场计量的低频振动校准技术

本文面向直升机健康与使用监测系统(HUMS)的现场计量保障需求,针对其中振动传感器在低频段尚无法实现现场校准的现状,提出了基于直线电机驱动技术的便携式低频振动校准技术方案。该方案利用高精度直线电机构造低频标准振动源,采用稳定性高的石英挠性加速度计作为标准加速度计,具有体积小、精度高、现场环境适应性好的特点,非常适用直升机HUMS的现场计量保障。根据不确定度评估结果,该方案能够实现0.5Hz～20Hz频率范围,0.01m/s~2～20m/s~2加速度范围内不超过1%的校准不确定度(k=2)。     

振动与冲击传感器的温度响应校准

振动与冲击传感器的灵敏度(校准系数)、阻尼比和谐振频率均为温度的函数。灵敏度随温度变化的特性称之为温度响应。从分析目前传感器温度响应测试方法存在的问题入手,着重介绍了将激光测振应用于温响校准的实施方法、原理和校准装置的技术性能。