从长度米到时间秒：稳频激光-铯喷泉钟-飞秒光梳-锶光晶格钟 被引量：8

1

作者 李天初 方占军 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期709-716,共8页

报道了近年来中国计量科学研究院(NIM)在时间频率基准领域的研究进展:稳频激光波长实际实现国际单位制(SI)的长度单位米(m);NIM5铯喷泉钟以不确定度2×10?15复现时间单位秒(s);飞秒光学频率梳建立光学频率与微波频率的相干联系,以优... 报道了近年来中国计量科学研究院(NIM)在时间频率基准领域的研究进展:稳频激光波长实际实现国际单位制(SI)的长度单位米(m);NIM5铯喷泉钟以不确定度2×10?15复现时间单位秒(s);飞秒光学频率梳建立光学频率与微波频率的相干联系,以优于4×10?14的不确定度实现光学波长向标准微波频率的溯源标定;以及正在研制的锶原子光晶格钟,为应对未来修改秒定义做准备.另外,文中还提出飞秒光梳是从动跟踪系统,描述其性能的指标应当是它的跟踪精度;估计了"吸收室-原子束-原子喷泉-原子/离子存储"四种频率参考方案可能达到的不确定度极限. 展开更多

关键词 计量 时间频率基准 稳频激光 原子喷泉钟 光钟 飞秒光梳

原文传递

^85Rb喷泉钟的低相位噪声微波频率综合器设计 被引量：2

2

作者 张宁 王倩 +2 位作者 赵伟靖 姬清晨 魏荣 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1-7,共7页

采用低相位噪声频率合成和锁相技术,为世界首台^85Rb喷泉钟研制了低相位噪声微波频率综合器,实现了低相位噪声的钟频信号输出。当该微波频率综合器的频率分辨率为0.7μHz,输出频率为3.036 GHz时,在傅里叶频率1 Hz,100 Hz和10 kHz处的单... 采用低相位噪声频率合成和锁相技术,为世界首台^85Rb喷泉钟研制了低相位噪声微波频率综合器,实现了低相位噪声的钟频信号输出。当该微波频率综合器的频率分辨率为0.7μHz,输出频率为3.036 GHz时,在傅里叶频率1 Hz,100 Hz和10 kHz处的单边带相位噪声谱密度分别为-97 dBc·Hz^-1,-127 dBc·Hz^-1和-130 dBc·Hz^-1,剩余相位噪声比本机振荡器绝对噪声低20 dB以上。研究了量子散弹噪声和Dick效应,发现在微波链路噪声为主要噪声的情况下,^85Rb喷泉钟的稳定度与目前^87Rb和^133Cs喷泉钟相当。微波系统对^85Rb喷泉钟稳定度的贡献为2.9×10-^13τ-1/2,其中频率综合器的剩余相位噪声贡献为1.2×10-^14τ-1/2(τ为积分时间)。利用该微波综合器,可以实现^85Rb喷泉钟的高稳定运行,并为其性能的提升打下基础。 展开更多

关键词 原子与分子物理学 原子喷泉钟 ^85Rb 频率综合器 低相位噪声

原文传递

天宫二号里那块优雅的“手表”——空间冷原子钟 被引量：1

3

作者 乔勇军 刘伍明 《自然杂志》 2017年第1期54-61,共8页

天宫二号带着一款别致的"手表"——空间冷原子钟正在绕着地球翱翔。它仰望深空,俯视大地,探索浩淼宇宙遵循的黄金规则,细致描绘地球母亲的每一寸土地。这是人类史上首台在空间实验室开展科学研究的空间冷原子钟,它的精准度也... 天宫二号带着一款别致的"手表"——空间冷原子钟正在绕着地球翱翔。它仰望深空,俯视大地,探索浩淼宇宙遵循的黄金规则,细致描绘地球母亲的每一寸土地。这是人类史上首台在空间实验室开展科学研究的空间冷原子钟,它的精准度也是史无前例的,为3 000万年误差不超过1 s。这台原子钟是中国科学家们历经十数年孕育和抚养成才的,它承载着中国在空间定位、深空探测,以及广义相对论的验证等方面的研究使命。 展开更多

关键词 激光冷却 原子喷泉钟 空间冷原子钟 Ramsey作用

下载PDF 职称材料

基于型材网格平台的紧凑^85Rb喷泉钟光路设计 被引量：1

4

作者 姬清晨 董日昌 +4 位作者 王倩 张宁 赵伟靖 王燕 魏荣 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第18期1-9,共9页

原子喷泉钟是具有重要应用价值的冷原子装置,紧凑型光学系统设计是研制可搬运冷原子喷泉钟的关键技术之一。介绍了一种以通用铝型材搭建的网格化光学平台,并基于此平台实现了^85Rb喷泉钟紧凑型光路。通过仿真,证明了该型材网格平台在二... 原子喷泉钟是具有重要应用价值的冷原子装置,紧凑型光学系统设计是研制可搬运冷原子喷泉钟的关键技术之一。介绍了一种以通用铝型材搭建的网格化光学平台,并基于此平台实现了^85Rb喷泉钟紧凑型光路。通过仿真,证明了该型材网格平台在二维方向均具有较好的力学性能。在该平台上,设计并搭建了四倍频移、注入锁定放大、冷却光路、再泵浦光路和探测光路等单元模块,满足了喷泉钟的所有要求。该网格平台面积为50 cm×50 cm,高度为2.5~3 cm。该光路实现了8个月以上的持续运行,功率的起伏小于5%。基于该紧凑型光学系统,完成了后续的^85Rb喷泉钟的物理实验和微波实验。 展开更多

关键词 原子与分子物理学 原子喷泉钟 ^85Rb 型材网格 光学平台

原文传递

NIM4~#激光冷却铯原子喷泉钟──新一代国家时间频率基准 被引量：10

5

作者 李天初 李明寿 +1 位作者 林平卫 黄秉英 《计量学报》 CSCD 北大核心 2004年第3期193-197,共5页

中国计量科学研究院NIM4#冷原子喷泉钟自2003年8月起已经稳定运行6个月,并于2003年9～12月期间完成了系统频率偏差评定。文中介绍NIM4#钟的喷泉实验、微波频率锁定和对其主要频率特性的实验研究。实验和分析表明,NIM4#钟频率稳定性达8&#... 中国计量科学研究院NIM4#冷原子喷泉钟自2003年8月起已经稳定运行6个月,并于2003年9～12月期间完成了系统频率偏差评定。文中介绍NIM4#钟的喷泉实验、微波频率锁定和对其主要频率特性的实验研究。实验和分析表明,NIM4#钟频率稳定性达8×10-13τ-1 2,复现性达5×10-15,频偏评定不确定度达8.5×10-15。作为旁证,NIM4#与中国计量科学研究院原子时TA(NIM)进行了120天比对,频率偏差在误差范围之内。 展开更多

关键词 计量学 时间频率基准 原子钟 冷原子喷泉钟

下载PDF 职称材料

从长度单位米到时间单位秒:稳频激光—飞秒光梳—铯原子喷泉钟—光钟 被引量：10

6

作者 李天初 《计量学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期1-6,共6页

报道了中国计量科学研究院(NIM)在复现国际单位制(SI)长度单位米和时间单位秒的研究进展,包括稳频激光、NIM4铯原子喷泉钟和飞秒光学频率梳。NIM4钟不确定度达4.4×10-15,NIM在研的飞秒光梳将以优于1×10-13的不确定度实现光学... 报道了中国计量科学研究院(NIM)在复现国际单位制(SI)长度单位米和时间单位秒的研究进展,包括稳频激光、NIM4铯原子喷泉钟和飞秒光学频率梳。NIM4钟不确定度达4.4×10-15,NIM在研的飞秒光梳将以优于1×10-13的不确定度实现光学波长向微波频率的溯源。文中还讨论了127I2饱和吸收6 3 3 nm 3次谐波稳频的He-Ne激光波长比5次谐波稳频的更“准确”;指出飞秒光梳是从动跟踪系统,描述它的性能指标应当是它的跟踪精度;估计了用“吸收室—原子束—原子喷泉—原子/离子存储”4种不同原理所建频标可能达到的不确定度极限。最后简略展望时间频率基准研究的新动向———光钟。 展开更多

关键词 计量学 频率标准 波长标准 铯原子喷泉钟 飞秒光梳

下载PDF 职称材料

时间频率基准装置的研制现状 被引量：9

7

作者 阮军 王叶兵 +4 位作者 常宏 姜海峰 刘涛 董瑞芳 张首刚 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第16期56-64,共9页

时间频率基准装置——铯原子喷泉钟,在标准时间产生和保持、基础物理研究中发挥了重要的作用.介绍了铯原子喷泉钟的工作原理,对影响其性能的各项噪声源和频移项给出了分析,影响频率稳定度性能的主要因素为Dick效应相关的原子团装载时间... 时间频率基准装置——铯原子喷泉钟,在标准时间产生和保持、基础物理研究中发挥了重要的作用.介绍了铯原子喷泉钟的工作原理,对影响其性能的各项噪声源和频移项给出了分析,影响频率稳定度性能的主要因素为Dick效应相关的原子团装载时间、微波激励源相位噪声和探测激光的频率噪声,影响频率不确定性能主要频移项为:黑体辐射频移、冷原子碰撞频移、腔相位分布频移和微波泄露频移;总结和比较了当前具有先进性能的铯原子喷泉钟采用的技术;介绍了铯原子喷泉钟的主要应用方向、空间冷原子铯钟的研制情况和光学频率原子钟进展. 展开更多

关键词 铯原子喷泉钟 频率稳定度 频率不确定度 光学频率原子钟

下载PDF 职称材料

铯原子喷泉钟NTSC-F1研制进展 被引量：7

8

作者 阮军 王心亮 +7 位作者 刘丹丹 管勇 张辉 陈江 林睿 余凤翔 施俊如 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2016年第3期138-149,共12页

铯原子喷泉钟在守时系统起校准作用。介绍了铯原子喷泉钟NTSC-F1的4个子系统及运行参数,与氢钟比对测量获得了NTSC-F1的频率稳定度性能,实现了系统不确定度的初步评定,给出了各频移项的频移量和不确定度,并对NTSC-F1的改进进行了介绍。

关键词 铯原子喷泉钟 频率稳定度 频率不确定度

下载PDF 职称材料

NIM5驾驭氢钟守时能力分析

9

作者 王玉琢 徐倩 +2 位作者 刘昆 房芳 张爱敏 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期129-136,共8页

时间频率量值源头的独立自主是建设我国综合PNT体系的重要基础。为进一步评估基于我国国家秒长基准的原子时标守时能力,利用改进的有限脉冲响应钟差预测与频率调控方法,对激光冷却铯原子喷泉钟与氢钟的频差实测数据进行后处理,分别产生... 时间频率量值源头的独立自主是建设我国综合PNT体系的重要基础。为进一步评估基于我国国家秒长基准的原子时标守时能力,利用改进的有限脉冲响应钟差预测与频率调控方法,对激光冷却铯原子喷泉钟与氢钟的频差实测数据进行后处理,分别产生了自主型时标和溯源型时标。通过国际原子时合作链路将两个时标与协调世界时进行了长期比对实验,结果表明:2021年12月~2022年12月期间,两个时标的时间偏差均优于±4 ns、频率稳定度均优于8×10^(-16)/5 d。 展开更多

关键词 铯原子喷泉钟 秒长基准 原子时标 原子钟 驾驭算法

下载PDF 职称材料

基于LabVIEW冷原子喷泉钟控制系统的研制 被引量：6

10

作者 刘昆 陈伟亮 +4 位作者 宋文霞 房芳 戴少阳 刘年丰 李天初 《计量科学与技术》 2020年第8期3-7,共5页

在工控机、NI相关板卡和外围自制电路的硬件基础上,利用LabVIEW开发了冷原子喷泉钟控制软件,实现冷原子喷泉钟的时序控制、信号采集和频率锁定。软件利用多重循环、事件驱动的队列状态机和生产者-消费者结构等设计,保证了界面控件响应迅... 在工控机、NI相关板卡和外围自制电路的硬件基础上,利用LabVIEW开发了冷原子喷泉钟控制软件,实现冷原子喷泉钟的时序控制、信号采集和频率锁定。软件利用多重循环、事件驱动的队列状态机和生产者-消费者结构等设计,保证了界面控件响应迅速,程序扩展性好。 展开更多

关键词 冷原子喷泉钟 控制系统 LABVIEW 控制软件

原文传递

高精度(10^(-15))可搬运铷原子喷泉钟的研制 被引量：3

11

作者 史春艳 魏荣 +2 位作者 李唐 周子超 王育竹 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2011年第5期611-619,共9页

原子喷泉钟是目前世界上最准的运行原子钟,主要包括铯喷泉钟和铷喷泉钟两种.中国科学院上海光学精密机械研究所于2003年开始开展了可搬运小型喷泉铷钟样机的研制,它的主要特点是:以铷原子做工作介质、损耗低、信噪比高、冷原子碰撞频移... 原子喷泉钟是目前世界上最准的运行原子钟,主要包括铯喷泉钟和铷喷泉钟两种.中国科学院上海光学精密机械研究所于2003年开始开展了可搬运小型喷泉铷钟样机的研制,它的主要特点是:以铷原子做工作介质、损耗低、信噪比高、冷原子碰撞频移低;通过折叠光路设计,其对激光的功率要求降低2/3,系统更加紧凑稳定,更加有利于喷泉钟的工程化.该原子钟已经获得了微波跃迁的Ramsey干涉条纹,其信噪比约100,并实现了闭环锁定,1s的稳定度为8×10?13,4×104s稳定度优于6×10?15.目前正在进行误差的评估工作及系统的改进,近期将进行项目验收,预期总的频率不确定度优于4×10?15. 展开更多

关键词 铷原子喷泉钟 折叠光路 误差评估 喷泉钟样机

原文传递

铯原子喷泉钟频移的自动评定系统研究 被引量：3

12

作者 刘丹丹 阮军 +5 位作者 管勇 张辉 杨帆 王心亮 施俊如 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2019年第2期107-114,共8页

'秒'定义频率9 192 631 770 Hz是理想值,在实际工作过程中,铯原子喷泉钟在外部环境(如引力场、电磁场等)、内部原子相互作用(如碰撞)下,原子样品的跃迁频率偏离了定义值,这些偏离量称为'频移'。为了获得被测原子钟信号... '秒'定义频率9 192 631 770 Hz是理想值,在实际工作过程中,铯原子喷泉钟在外部环境(如引力场、电磁场等)、内部原子相互作用(如碰撞)下,原子样品的跃迁频率偏离了定义值,这些偏离量称为'频移'。为了获得被测原子钟信号和秒定义频率之间的偏差,需要测量所有频移量,并且给出其频率不确定度。介绍了频移自动评定系统的设计和实现,考虑了各项频移的运行周期和切换间隔,实时给出二阶塞曼频移、冷原子碰撞频移和黑体辐射频移的纠正量,计算分析获得了频移量的系统不确定度。 展开更多

关键词 铯原子喷泉钟 自动评定 二阶塞曼频移 冷原子碰撞频移

下载PDF 职称材料

铯喷泉钟冷原子碰撞频移的差分法测量研究 被引量：3

13

作者 林睿 王心亮 +7 位作者 刘丹丹 管勇 张辉 陈江 余凤翔 施俊如 阮军 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2017年第4期207-212,共6页

铯原子喷泉钟作为频率基准标校其他原子钟。冷原子碰撞频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的主要因素之一。本文从理论上分析了基于原子数的差分测量法中各项参数在测量碰撞频移中的影响,研究表明:冷原子碰撞频移测量的统计不确定度主... 铯原子喷泉钟作为频率基准标校其他原子钟。冷原子碰撞频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的主要因素之一。本文从理论上分析了基于原子数的差分测量法中各项参数在测量碰撞频移中的影响,研究表明:冷原子碰撞频移测量的统计不确定度主要取决于喷泉钟运行时高低原子数密度频差的阿伦方差,其系统不确定度取决于原子数的涨落、高低原子数密度之间的非线性密度比。应用该方法测量了铯原子喷泉钟NTSC-F1的碰撞频移,获得测量的冷原子碰撞频移的平均值为4.0×10^(-15),其测量的统计不确定度(A类)为3.2×10^(-15)(t=32 768 s);其系统不确定度(B类)为6.5×10^(-16)。 展开更多

关键词 铯原子喷泉钟 频率不确定度 冷原子碰撞频移 差分测量法

下载PDF 职称材料

秒定义变革及我国时间频率基准的发展和应对 被引量：2

14

作者 曹士英 房芳 《信息通信技术与政策》 2022年第7期2-8,共7页

国际单位制的量子化变革使得除了物质的量的定义外,其他国际单位的定义都与时间单位建立了直接或间接的联系。高准确度的时间频率基准在国民经济建设、国防建设和科学研究中发挥着重要的作用。主要介绍了时间单位的定义从天文秒到原子... 国际单位制的量子化变革使得除了物质的量的定义外,其他国际单位的定义都与时间单位建立了直接或间接的联系。高准确度的时间频率基准在国民经济建设、国防建设和科学研究中发挥着重要的作用。主要介绍了时间单位的定义从天文秒到原子秒的发展历程以及关于秒定义变革的讨论和对原子钟的要求,并介绍了我国国家计量院在时间频率基准方面的研究工作及应对措施。 展开更多

关键词 秒定义 时间频率基准 铯原子喷泉钟 光钟

下载PDF 职称材料

应用于铯原子喷泉钟的二维磁光阱研制 被引量：2

15

作者 吴长江 阮军 +2 位作者 陈江 张辉 张首刚 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期120-124,共5页

理论模拟研究了二维磁光阱原子束流量与饱和蒸汽压、冷却光强、激光失谐量的关系,构建了二维磁光阱(2D-MOT)装置,实验上实现了大流量的慢速原子束,其测量值为2.1×109/s.利用荧光法测量了各实验参数与流量的关系,测量结果与数值模... 理论模拟研究了二维磁光阱原子束流量与饱和蒸汽压、冷却光强、激光失谐量的关系,构建了二维磁光阱(2D-MOT)装置,实验上实现了大流量的慢速原子束,其测量值为2.1×109/s.利用荧光法测量了各实验参数与流量的关系,测量结果与数值模拟结果符合较好. 展开更多

关键词 2D—MOT 流量 慢速原子束 铯原子喷泉钟

原文传递

NIM的微波-光学频率基准研究——复现米和秒定义 被引量：2

16

作者 李天初 《中国工程科学》 2007年第6期27-31,共5页

报道中国计量科学研究院(NIM)在微波-光学频率计量研究的新进展:用NIM4激光冷却-铯原子喷泉钟复现国际单位制(SI)时间单位秒(s),用飞秒(FS)光学频率梳间接复现长度单位米(m)并标定稳频激光波长实际实施米定义。NIM4铯原子喷泉钟的不确... 报道中国计量科学研究院(NIM)在微波-光学频率计量研究的新进展:用NIM4激光冷却-铯原子喷泉钟复现国际单位制(SI)时间单位秒(s),用飞秒(FS)光学频率梳间接复现长度单位米(m)并标定稳频激光波长实际实施米定义。NIM4铯原子喷泉钟的不确定度达到5×10-15,飞秒(FS)光梳锁定到NIM4钟控制的氢钟后,其频率不确定度为2·2×10-14。在此基础上讨论铯原子喷泉钟、稳频激光、FS光梳的作用、意义和相互关系。最后简要介绍NIM5铯原子喷泉钟的研究进展和2006年起NIM立题研制锶原子存储光钟。 展开更多

关键词 计量 频率基准 稳频激光 铯原子喷泉钟 飞秒光梳

下载PDF 职称材料

用于本地时标系统的铯原子喷泉钟研制

17

作者 李慧 杜远博 +1 位作者 刘洪力 陆泽晃 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期23-29,共7页

研制了一套铯原子喷泉钟系统作为精密重力测量国家重大科技基础设施的本地时标,并最终溯源到国际单位制“秒”定义.描述了铯原子喷泉钟的整体设计方案,包括真空物理系统、光学系统、微波综合链和电子学控制系统.实验上实现了原子的上抛... 研制了一套铯原子喷泉钟系统作为精密重力测量国家重大科技基础设施的本地时标,并最终溯源到国际单位制“秒”定义.描述了铯原子喷泉钟的整体设计方案,包括真空物理系统、光学系统、微波综合链和电子学控制系统.实验上实现了原子的上抛和捕获,成功地扫描到Ramsey条纹.获得的Ramsey中心条纹线宽0.911(2)Hz,条纹对比度约为90.8%.通过将喷泉钟本地振荡器锁定到Ramsey中心条纹,并与氢钟比对,测得铯原子喷泉钟的频率稳定度为3.2×10^(-13)τ^(-1/2)(τ为测量时间).同时讨论了影响频率稳定度的各贡献项及后续提升方案. 展开更多

关键词 时频溯源装置 铯原子喷泉钟 Ramsey条纹 频率稳定度 氢钟

原文传递

NIM4#铯冷原子喷泉钟电子测控系统的研制 被引量：1

18

作者 林平卫 王平 +2 位作者 李明寿 李天初 陈伟亮 《现代测量与实验室管理》 2004年第3期10-13,35,共5页

本文简要叙述了用于NIM 4 #钟电子测控系统的PC软件的功能及时序控制系统、声光调制器驱动源、微波综合器和微波接口箱的功能和硬件设计。最后较详细叙述了NIM4 #钟数据采集与频率闭环控制比对的过程。

关键词 冷原子喷泉钟 测控软件 时序控制系统 声光调制器驱动源 微波综合器 电子测控系统

下载PDF 职称材料

基于Labwindows/CVI的铯原子喷泉钟时序控制系统研制 被引量：1

19

作者 刘浩 刘丹丹 +2 位作者 阮军 王心亮 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2019年第2期135-141,共7页

基于平台Labwindows/CVI研制了NTSC-F2铯原子喷泉钟时序控制系统,和时序控制系统人机交互界面。利用人机界面设置时序的起始电平、用时、延时、相位和周期等各项参量,实现15路TTL信号和4路任意波信号的同时输出和独立输出,同步精度可达3... 基于平台Labwindows/CVI研制了NTSC-F2铯原子喷泉钟时序控制系统,和时序控制系统人机交互界面。利用人机界面设置时序的起始电平、用时、延时、相位和周期等各项参量,实现15路TTL信号和4路任意波信号的同时输出和独立输出,同步精度可达300ns。 展开更多

关键词 LABWINDOWS/CVI 铯原子喷泉钟 时序控制 人机界面

下载PDF 职称材料

双变量拉比法制备冷原子及其冷原子碰撞频移的研究

20

作者 管勇 刘丹丹 +5 位作者 王心亮 张辉 施俊如 白杨 阮军 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2020年第4期245-252,共8页

冷原子碰撞频移是影响铯喷泉钟频率不确定度性能的主要频移项之一。采用差分法评定该项频移时,其不确定度来源于原子团密度比的误差和高低密度运行状态下的频率波动,分别影响该项频率评定的系统不确定度和统计不确定度。基于单变量拉比... 冷原子碰撞频移是影响铯喷泉钟频率不确定度性能的主要频移项之一。采用差分法评定该项频移时,其不确定度来源于原子团密度比的误差和高低密度运行状态下的频率波动,分别影响该项频率评定的系统不确定度和统计不确定度。基于单变量拉比法选态的原理,我们发展了双变量拉比法(同时调整选态微波的幅度和频率)制备不同密度比原子团的技术,分析了采用该方法评定喷泉钟冷原子碰撞频移引入的不确定度,实验制备了均匀度3×10-3的不同密度比的原子团,可同时降低冷原子碰撞频移评定的系统不确定度和统计不确定度。 展开更多

关键词 铯原子喷泉钟 冷原子 冷原子碰撞频移

下载PDF 职称材料