一种新型的激光抽运原子磁力仪

依据磁光旋转原理研制了一种拥有自主知识产权的新型的激光抽运高灵敏度原子磁力仪.该原子磁力仪利用磁场中铷原子与光场的相互作用,极化铷原子在待测磁场中进行拉莫尔进动,利用铷原子磁光共振频率与外磁场之间的关系,通过高灵敏度低噪声弱磁检测技术实现磁场的准确测量.测试结果表明,该磁力仪灵敏度为1 pT/Hz1/2;测试过程中磁场波动范围小于0.4 nT.     

自由弛豫信号截取时长对NMOR铷原子磁力仪性能的影响

基于非线性磁光旋转(nonlinear magneto-optical rotation, NMOR)效应的铷原子磁力仪通过特定时长的自由弛豫正弦振荡信号可获得拉莫尔进动频率和外磁场值,因此自由弛豫信号的截取时长能够影响原子磁力仪的性能指标。重点研究了在500 nT背景磁场条件下自由弛豫信号截取时长对原子磁力仪灵敏度和磁场测量值的影响。测量结果表明,用噪声功率谱方法标定的灵敏度指标随着自由信号截取时长的增加逐渐减小并趋于稳定,约0.2 pT/Hz~(1/2);交变磁场实验表明该磁力仪所得的磁场值是特定截取时长内磁场波动的平均。因此本文NMOR原子磁力仪所得的高灵敏度指标一定程度上是通过数学方法平均了自由弛豫信号截取时长内的磁场值波动。该方法对其他原子磁力仪或实验装置灵敏度的标定和磁场测量值的分析具有一定的借鉴意义。     

铷原子频标物理部分改进

本文对星载铷原子频标物理部分进行技术改进。改善磁控管微波腔的结构,使信噪比得到了提高;优化了物理部分光路系统,使光电探测信号强度提高了25%。此外,通过Ansoft HFSS仿真软件建立了微波腔的模型,对腔内场型分布和谐振频率进行了仿真,数字仿真和性能测试显示这种微波腔的谐振模式为TE₀₁₁模式,且拥有较大的质量因子。最后,对改进后的铷原子频标系统进行了初步测试,发现短期稳定度达到了6.0×10^-13τ^-1/2（τ为取样时间）。研究结果表明,改进后的物理部分满足铷原子频标的研制需求,适合应用于高性能的星载铷原子频标。     

原子磁力仪灵敏度标定方法研究

为了评价和对比原子磁力仪的实际性能指标,梳理了四种常见的原子磁力仪灵敏度指标标定方法:均方根幅度谱、噪声功率谱密度、基于线宽和信噪比的本征灵敏度、原子散粒噪声限。针对四种方法,采用非线性磁光旋转铷原子磁力仪的实测数据进行对比分析。分析结果表明,噪声功率谱密度是原子磁力仪灵敏度最适用的标定方法,能够真实反映原子磁力仪的实际性能指标。     

A Kind of Magnetron Cavity used in Rubidium Atomic Frequency Standards Yang Shiyu(杨世宇), Cui Jingzhong(崔敬忠), Tu Jianhui(涂建辉), Liang Yaoting(梁耀廷)

研究了一种应用于铷原子频标的磁控管腔,其中包括磁控管腔的主要特征和参数计算,测试结果与计算理论吻合较好,所设计的磁控管腔能够满足铷原子频标的设计要求。     

铷光谱灯激励电路反馈控制研究

铷光谱灯作为铷原子频标物理部分的核心部件之一,其工作状态的稳定性对铷原子频标的性能指标有非常重要的影响。主要对铷原子频标光谱灯的激励电路、反馈控制进行了研究,阐述了改进的思路和方法,并给出了改进后的铷光谱灯光强稳定度测试结果。     

用于铷原子频标的磁控管腔研究

研究了一种应用于铷原子频标的磁控管腔，对用于磁控管腔的主要特征和参数计算进行了研究，主要包括磁控管腔的谐振频率、Q值、微波场模式。研究结果表明磁控管腔的谐振频率可以调谐至6.835GHz，Q值都能够调至600～1000之间，其微波场谐振模式是典型的TE011模式，频率温度系数较小（32.5KHz/℃－35.0 KHz/℃），所设计的磁控管腔能够满足铷原子钟物理部分的设计要求。     

太阳系类地行星际真空环境特性研究

用玻耳兹曼公式(BF)计算行星表面气体压力随高度的变化,取得了满意的结果.但用BF计算行星表面大气总分子数,则给出了发散的结果.对BF重新进行归一化,引入一个与距离r,温度T有关的归一化因子g(r),得到了新的行星大气分布律公式(RBF).由RBF得出了地球大气总量与大气压力的关系式、行星大气层内大气总质量和高度的关系式、行星大气压力和高度的关系式以及行星大气温度与大气压力的关系.其计算值与实测结果符合性好.在行星表面附近,RBF的计算值与BF一致.本文利用RBF公式,计算了地球、金星、火星等类地行星际的大气密度分布及火星水汽的寿命.     

铷光谱灯老化过程分析

选取2个铷光谱灯样品,测量得到其发光光谱。通过对铷光谱灯老化过程的长期跟踪监测,得出铷消耗量公式,这样可以在有限的试验数据的基础上预测铷的长期消耗。对老化过程中产生的杂质进行了分析,从而对铷频标研究提供参考依据。     

A kind of magnetron cavity used in rubidium atomic frequency standards

Research on the magnetron cavity used in the rubidium atomic frequency standards is developed, through which the main characteristic parameters of the magnetron cavity are studied,mainly including the resonant frequency,quality factor and oscillation mode.The resonant frequency and quality factor of the magnetron cavity were calculated,and the test results of the resonant frequency agreed well with the calculation theory.The test results also show that the resonant frequency of the magnetron cavity can be attenuated to 6.835 GHz,which is the resonant frequency of the rubidium atoms,and the Q-factor can be attenuated to 500-1000.The oscillation mode is a typical TE₀₁₁ mode and is the correct mode needed for the rubidium atomic frequency standard.Therefore these derivative magnetron cavities meet the requirements of the rubidium atomic frequency standards well.