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基于腔内原位探测的空间冷原子微波钟
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作者 吕德胜 任伟 +2 位作者 项静峰 赵剑波 敏达 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期95-101,共7页
原子钟作为目前最精密的计时仪器,在国民经济和国家安全各领域发挥着重要作用。在地球轨道卫星上运行高精度原子钟,可以在地球大范围内开展高精度时间同步与比对。不同于以往通过抛射冷原子团两次经过微波腔实现Ramsey微波作用的空间冷... 原子钟作为目前最精密的计时仪器,在国民经济和国家安全各领域发挥着重要作用。在地球轨道卫星上运行高精度原子钟,可以在地球大范围内开展高精度时间同步与比对。不同于以往通过抛射冷原子团两次经过微波腔实现Ramsey微波作用的空间冷原子钟,提出了一种新型的基于腔内原位探测的空间冷原子微波钟方案,在同一微波谐振腔内先后完成铷87原子的激光冷却、原子微波相互作用、冷原子探测等过程。该方案可以更好的利用微重力环境提高钟周期中原子与微波相互作用时间的占空比,从而有效减小Dick效应对原子钟性能的影响。介绍了冷原子微波钟系统设计与工作原理,给出了微重力环境下性能分析和预期指标,最后展示了冷原子微波钟地面测试中获得的大约为1.35×10^(-12)τ^(-1/2)的频率稳定度,初步展示了新型空间冷原子钟方案的可行性。 展开更多
关键词 原子钟 微重力 微波腔 空间站 频率稳定度
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Uncertainty evaluation of the second-order Zeeman shift of a transportable 87Rb atomic fountain clock
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作者 Henan Cheng Siminda Deng +7 位作者 Zhen Zhang Jingfeng Xiang Jingwei Ji Wei Ren Tang Li Qiuzhi Qu Liang Liu Desheng Lu 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第12期1-5,共5页
In this article,taking advantage of the special magnetic shieldings and the optimal coil design of a transportable Rb atomic fountain clock,the intensity distribution in space and the fluctuations with time of the qua... In this article,taking advantage of the special magnetic shieldings and the optimal coil design of a transportable Rb atomic fountain clock,the intensity distribution in space and the fluctuations with time of the quantization magnetic field in the Ramsey region were measured using the atomic magneton-sensitive transition method.In an approximately 310 mm long Ramsey region,a peak-to-peak magnetic field intensity of a 0.74 n T deviation in space and a 0.06 n T fluctuation with time were obtained.These results correspond to a second-order Zeeman frequency shift of approximately(2095.5±5.1)×10^(-17).This is an essential step in advancing the total frequency uncertainty of the fountain clock to the order of 10^(-17). 展开更多
关键词 Zeeman effect hyperfine structure atomic clock magnetic-sensitive method
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Physics package based on intracavity laser cooling ^(87)Rb atoms for space cold atom microwave clock
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作者 敏达 任伟 +9 位作者 项静峰 赵剑波 李琳 张迪 万金银 孟艳玲 蒋小军 李唐 刘亮 吕德胜 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期22-26,共5页
This article proposes a new physics package to enhance the frequency stability of the space cold atom clock with the advantages of a microgravity environment. Clock working processes, including atom cooling, atomic st... This article proposes a new physics package to enhance the frequency stability of the space cold atom clock with the advantages of a microgravity environment. Clock working processes, including atom cooling, atomic state preparation,microwave interrogation, and transition probability detection, are integrated into the cylindrical microwave cavity to achieve a high-performance and compact physics package for the space cold atom clock. We present the detailed design and ground-test results of the cold atom clock physics package in this article, which demonstrates a frequency stability of 1.2×10^(-12) τ^(-1/2) with a Ramsey linewidth of 12.5 Hz, and a better performance is predicted with a 1 Hz or a narrower Ramsey linewidth in microgravity environment. The miniaturized cold atom clock based on intracavity cooling has great potential for achieving space high-precision time-frequency reference in the future. 展开更多
关键词 atomic clock MICROGRAVITY microwave cavity space station frequency stability
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空间冷原子钟技术
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作者 项静峰 任伟 +2 位作者 敏达 刘亮 吕德胜 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期201-222,共22页
空间冷原子钟作为在空间环境运行的高精度原子钟,在导航定位、深空探测和基础物理研究等领域展现出巨大的应用潜力。20世纪90年代以来,随着中性原子激光冷却技术的发展,喷泉冷原子钟得以实现并将频率稳定度和准确度从以往铯束原子钟的10... 空间冷原子钟作为在空间环境运行的高精度原子钟,在导航定位、深空探测和基础物理研究等领域展现出巨大的应用潜力。20世纪90年代以来,随着中性原子激光冷却技术的发展,喷泉冷原子钟得以实现并将频率稳定度和准确度从以往铯束原子钟的10^(-14)量级提高到10^(-16)量级。法国、美国和中国均提出了在微重力环境下运行高精度冷原子钟的计划。在中国载人航天工程的支持下,2016年上海光学精密机械研究所研制的天宫二号空间冷原子钟在国际上首次实现了在轨运行。欧盟的空间光钟项目于2007年获得欧洲航天局资助,目前实验室中的冷原子光钟的频率不确定度与稳定度都达到了10-18量级。随着空间光钟技术的不断发展,美国、欧盟和中国分别提出了基于空间光钟的不同实验项目建议。本文首先介绍冷原子微波钟与冷原子光钟的技术基础,然后通过概述国内外空间冷原子钟计划的任务特点、关键技术和项目进展,阐述了空间冷原子钟在基础物理和导航定位中的作用,并展望了未来高精度原子钟技术的发展方向。 展开更多
关键词 冷原子 原子钟 光钟 频率稳定度 频率不确定度 空间站
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Integrated, reliable laser system for an ^(87)Rb cold atom fountain clock
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作者 张镇 项静峰 +7 位作者 徐斌 冯盼 孙广伟 孟一鸣 敏达 任伟 万金银 吕德胜 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期68-73,共6页
We designed, assembled, and tested a reliable laser system for ^(87)Rb cold atom fountain clocks. The laser system is divided into four modules according to function, which are convenient for installing, adjusting, ma... We designed, assembled, and tested a reliable laser system for ^(87)Rb cold atom fountain clocks. The laser system is divided into four modules according to function, which are convenient for installing, adjusting, maintaining, and replacing of the modules. In each functional module, all optical components are fixed on a baseplate with glue and screws, ensuring the system's structural stability. Mechanical stability was verified in a 6.11g RMS randomvibration test, where the change in output power before and after vibration was less than 5%. Thermal stability was realized by optimizing of the structure and appropriate selection of component materials of the modules through thermal simulation. In the laser splitting and output module, the change in laser power was less than 20% for each fiber in thermal cycles from 5℃ to 43℃. Finally,the functionality of the laser system was verified for a rubidium fountain clock. 展开更多
关键词 cold atoms laser system atomic fountain clock RELIABILITY
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铷87原子双光子跃迁光谱稳频特性研究
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作者 孟一鸣 项静峰 +6 位作者 徐斌 李彪 万金银 任伟 敏达 张迪 吕德胜 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第23期113-120,共8页
铷87的双光子光谱具有高信噪比、无多普勒展宽、窄线宽等特点。构建了基于87Rb原子双光子跃迁的光学频率参考,分析测试了影响其短期稳定度的因素。利用778 nm外腔半导体激光器激发双光子跃迁产生420 nm荧光信号,通过荧光信号锁定激光器... 铷87的双光子光谱具有高信噪比、无多普勒展宽、窄线宽等特点。构建了基于87Rb原子双光子跃迁的光学频率参考,分析测试了影响其短期稳定度的因素。利用778 nm外腔半导体激光器激发双光子跃迁产生420 nm荧光信号,通过荧光信号锁定激光器频率。探讨了谱线线宽、信噪比、功率、温度相关的谱线展宽、光频移、系统结构稳定性和调制宽度等对频移和稳定度的影响。采用螺栓锁紧结构固定光学元件,大幅改善了光学对准引起的稳频误差,通过直接调制激光器电流实现了秒级稳定度为1.5×10^(-12)、500 s稳定度为2.88×10^(-13)的光学频率参考。与其他基于饱和吸收的光学频率参考相比,构建的基于87Rb原子双光子跃迁的光学频率参考的稳定度提高了10~100倍。光学对准对于提高荧光探测信噪比和优化长期稳定度具有重要意义。验证了内调制实现双光子光学频率参考的可行性,并提出了进一步优化短期稳定度和长期稳定度可采用的技术方案。 展开更多
关键词 激光器 双光子跃迁 激光稳频 光学对准 频率稳定度
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可搬运铷喷泉原子钟量子化轴磁场的设计与优化
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作者 程鹤楠 敏达 +5 位作者 张镇 项静峰 任伟 吉经纬 刘亮 吕德胜 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第19期45-51,共7页
喷泉钟量子化轴磁场的空间均匀性和时间稳定性是制约原子钟输出频率稳定度和不确定度的重要因素。从外磁场屏蔽、磁场线圈设计、线圈电流源稳定性等方面考虑,构建并优化设计了一套可搬运铷喷泉原子钟量子化轴磁场系统。为了消除环境磁... 喷泉钟量子化轴磁场的空间均匀性和时间稳定性是制约原子钟输出频率稳定度和不确定度的重要因素。从外磁场屏蔽、磁场线圈设计、线圈电流源稳定性等方面考虑,构建并优化设计了一套可搬运铷喷泉原子钟量子化轴磁场系统。为了消除环境磁场对量子化轴磁场的影响,使用5层坡莫合金磁屏蔽进行外磁场的屏蔽;利用4组对称的补偿线圈,通过计算给予合适的电流,获得喷泉钟内部30 cm原子自由飞行尺度内磁场波动小于1 nT;通过改善C场供电电流方式,从而优化量子化轴磁场的时间稳定性,磁场随时间的波动小于0.1 nT。优化后喷泉钟长期频率稳定度达2.9×10^(-16),磁场空间分布不均匀性带来的二阶塞曼频移不确定度为3.4×10^(-19),由磁场随时间波动带来的二阶塞曼频移的不确定度为5.1×10^(-17)。 展开更多
关键词 原子与分子物理学 塞曼效应 超精细结构 原子钟 磁敏跃迁法
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