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星载MEMS原子钟稳频系统的优化及实验研究

作者:时间:2009-10-20来源:网络收藏

1 引言
相干布居俘获CPT(Coherent Population Trapping)是原子与相干光相互作用所产生的一种量子干涉现象。利用高分辨CPT光谱研制出的被动型CPT原子频标具有体积小、功耗低、启动快等特点。CPT频标是原理上唯一能制成芯片级尺寸的原子频标,不仅在基础研究领域有重大意义,而且在深空探测、卫星导航、航天航空、数字通信、同步系统等对时间、频率要求严格的领域有着广泛的应用前景。20世纪90年代以来,激光冷却技术飞速发展,极大促进冷原子钟、光钟以及基于相干布居俘获的CPT原子钟的发展。这里介绍一种原子钟系统的优化及研究。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/195694.htm

2 CPT原子钟工作原理
用频率为ω1和ω2的两束激光和两超精细能级与激发态构成的A 三能级作用,当两束激光满足双光子共振条件时,原子布居数被捕获在基态的两个超精细能级上。不再吸收光子;当其中一束光的频率在原子共振频率附近扫描时,光在原子介质中的透射强度呈现为电磁诱导透明信号,电磁诱导透明信号经过处理后,可作为误差信号来锁定与调制驱动信号有关的本振信号,从而实现原子钟环路。得到高精度和高稳定度的频率标准,其评价指标为:短期稳定性和频率漂移。CPT效应是由激光与原子相互作用产生的,其窄小带宽对激光频率稳定性提出高要求。只有当激光频率稳定性满足要求,持续产生CPT效应,才能确保原子钟的计量精度。

3 系统优化设计
频率稳定性通常指激光器在连续运转时.在一定的时间间隔内平均频率v与该时间内频率变化量 △v之比,即S=v/△v,很显然,变化量△v越小,则S越大,表示频率的稳定性越好。在工程上,有时也把S的倒数称为稳定度。频率稳定度又可分为短期稳定度和长期稳定度,前者指观测取样时间在1 s以内的频率变化,而大于1 s观测平均时间的就视为长期稳定度。频率复现性是表示激光器在不同时间、地点等条件下频率重复或再现的精度。
由此可见,频率的稳定性和复现性是两个不同的概念。因此,对一台激光器,不仅要看其稳定度。而且还要看它的频率复现性如何。由于激光频率对环境温度的变化、机械振动等外界干扰极端敏感,即使采取严格措施,自由运转的激光器频率稳定性和复现性也不能达到量级。必须使用电子伺服系统自动控制激光器,当外界影响使激光频率偏离特定的参考频率时,可以通过鉴频信号,由电子伺服系统自动调节,将激光器的频率回复到特定的参考频率以达到稳频的目的。


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关键词: MEMS 星载 稳频 实验

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