蓝宝石主动型氢原子频标

研制了采用蓝宝石加载微波腔的蓝宝石主动型氢原子频标,腔体外径18 cm,高度20 cm,重量约2.5 kg。由于微波腔体积的减小,整钟体积较传统大氢钟明显减小。经中国计量科学研究院测试,该蓝宝石主动型氢原子频标的技术指标为3.0×10-13@1 s、3.8×10-15@1 d,是目前国内体积最小的高指标、高可靠主动型氢原子频标,可在实验室、车载等环境下使用。     

小型氢原子频标蓝宝石微波腔的仿真设计

基于理论计算和Ansoft HFSS软件仿真,设计并优化了氢频标小型蓝宝石微波腔的尺寸.通过计算机编程,分析了TE011模式下谐振频率、Q值随腔尺寸及填充介质(蓝宝石)厚度变化关系并画出曲线,得到了设计优化微波谐振腔的理论依据,这对于氢频标小型化工作具有指导意义.基于理论分析进行仿真优化,得到Q值较高、尺寸更小的微波腔.     

结构参数对小型氢频标磁控管微波腔谐振频率的影响

本文概述了小型氢频标磁控管微波腔的结构参数及其性能要求,指出在1到10GHz之间,一般随着电极缝隙数和缝隙间距的增加,随着筒直径、壳电极直径和壳电极厚度的减小,微波腔谐振频率随之增加;反之则减小.     

用于气泡型铷频标的新型环极式微波腔

设计出一种用于气泡铷原子频标的新型环极式感容结构微波腔,它具有结构简单、加工方便、微波场模式优越、腔频易调等优点.用该微波腔研制的铷频标具有很高的信噪比,短期频率稳定度达到2.2×10-12/τ,此结果表明该微波腔可用于制作高性能铷原子频标.     

频标比对测量中的数据处理方法研究

没有准确度等级更高的标准(参考源)，准确度等级相同的三台频标互比，测量其各自的日频率稳定度(均方根值)和日频率波动，这种测试和计算方法有数理统计学的根据，它的应用促进了技术创新。     

超导稳频振荡器的研究

基于理论分析和计算机仿真,得到了超导稳频振荡器的设计方案,主要包括高Q超导腔、低温环境及锁相环电路等组件的设计。通过实验验证,超导腔的Q值达到2×10⁹,低温环境温度达到1.8 K,温度的稳定度优于0.001K。根据实验结果优化设计后进行系统联调,得到了初步实验结果,超导稳频振荡器的1s频率稳定度达到10^-13量级     

汞离子频标数据采集系统的小型化设计

为实现汞离子微波频标电子伺服系统的小型化,设计了一种基于FPGA的汞离子频标数据采集系统。采用宽带、高速、低功耗的微芯片电路模块对离子跃迁谱线的微弱荧光信号进行放大、整形、降噪处理;利用FPGA高速光子计数法对信号进行采集。取代了传统的计算机软件LABVIEW与商用仪器结合的数据采集系统,实现了对离子微波频标物理系统中微弱荧光信号的有效采集。     

基于囚禁离子的微波频标研究进展

微波频标在卫星导航、精密计量、电力、通信等众多领域得到广泛应用,发挥了不可或缺的重要作用。近些年,国际上多家科研单位都在开展新型微波频标的研究,其中基于囚禁离子的微波频标具有高性能和小型化等优势,成为倍受关注的新一代微波频标。本文综述了离子阱微波频标的国内外研究现状,介绍了Penning阱和Paul阱两种常见离子阱的工作原理,以及¹⁹⁹Hg⁺,¹¹³Cd⁺,¹⁷¹Yb⁺等离子微波频标的研究动机、应用领域、技术方案和实现的技术指标。最后,本文对离子阱微波钟在守时钟、星载钟等方面的应用前景进行了展望。     

汞离子微波频标光学设计

汞离子微波频标利用汞灯进行抽运,可实现小型化,同时具备体积小、指标高的优势,未来可在卫星导航、深空探测和守时中得到广泛应用。为了提高抽运效率及降低噪底,需要进行汞灯光学设计,使抽运光通过四极阱中心与囚禁离子充分作用的同时减少与真空腔及四极杆的反射。首先提出遮挡光源法和非等比例放大法两种光学设计方法。然后介绍了两种设计方法的具体设计过程和设计结果,并比较了两种光学设计方法汞灯的能量利用率。最后利用非等比例放大法进行光路优化设计,并完成了物理系统信号探测实验。实验结果表明：采用该光学设计方案,汞离子光微波双共振跃迁信号幅度提高了20%以上。     

小型TE111无泡隔膜腔氢脉泽的实验研究

研究了圆柱形ＴＥ１１１模式无泡谐振腔,根据脉泽振荡条件验证了新模式的可行性,对该谐振腔进行了模式分析、结构设计及腔频灵敏度计算,并对这种氢脉泽进行了感应辐射信号的观察和正反馈振荡实验。这种体积为传统谐振腔一半的隔膜腔的应用对高性能氢脉泽的小型化具有重要意义。     

主动型氢原子钟蓝宝石温度补偿谐振腔的设计分析

对SrTiO_3晶体环在不同几何尺寸蓝宝石谐振腔下的温漂补偿效果及其对蓝宝石谐振腔无载Q值的影响进行了仿真和数值计算,总结出不同尺寸蓝宝石谐振腔温度系数和无载Q值的变化规律.讨论了零腔频漂移补偿点的存在范围.最后通过对填充因子η′随几何尺寸变化的计算和对温度补偿效果的讨论,得到了兼顾体积、Q值、填充因子η′、S参数、温度漂移系数的填充SrTiO_3补偿晶体蓝宝石谐振腔.     

腔体自动调谐氢脉泽的研究

氢脉泽是迄今为止除极短时间测量间隔之外最稳定的频率标准 ,但对于 1 0 4秒或更长的测量时间间隔 ,它的性能由于高Q值谐振腔而引起频率漂移而变坏。由于环境温度的变化及谐振腔老化而引起谐振腔频率的变化 ,导致氢脉泽长期频率稳定度的降低。为了减小这种影响需借助一种自动调谐器来确保谐振腔的频率始终工作在所需的频率上 ,以改善氢脉泽的长期频率稳定度 ,其日稳定度可达 1 0×1 0 - 1 4 。本文描述了上海天文台研制的带有腔体自动调谐的氢脉泽的性能     

Tuning of Hydrogen Maser Cavity by Means of a Variable Capacitance Diode

Details are given on a method of tuning a hydrogen maser cavity by means of a variable capacitance diode placed in a loop directly inside the cavity. The design of the loop-in which the varactor is placed, the loop connection to an external dc bias, and a theoretical analysis of the whole loop system (cavity, tuning loop, and coupling loop) are also given.     

A Self-Calibrating Hydrogen Maser

It is shown theoretically that a multichamber hydrogen maser can radiate on three quantum transitions and thus can stabilize the magnetic field and the cavity frequency while providing independent determination of the wall shift and reproduce the unperturbed frequency of the hyperfine structure in the hydrogen-atom ground state.     

氢脉泽诊断测试技术

描述了一个已经工作的氢脉泽长期运转时判断其工作状态好坏所需要的测试技术。这些技术对于氢脉泽的工作,特别是长期连续运转时工作点的放置、最佳工作状态的保持以及它的长期频率性能的了解和计算有着重要的意义。同时说明了脉泽“基线”数据和调谐数据的产生和处理方法。     

脉冲微波式氢原子钟的研究进展

在传统被动型氢原子钟基础上,利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)控制数字衰减器产生两个相干脉冲微波,激励氢原子发生Ramsey干涉,从而压缩原子跃迁谱线宽度,提高被动型氢原子钟稳定度性能。利用单片机控制直接数字频率合成器(DDS)产生扫频信号,可以得到完整的Ramsey条纹。目前已观测到Ramsey条纹并成功将原子跃迁谱线宽度压缩至1.2 Hz,仅为传统被动型氢原子钟线宽的40%。