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时间频率基准装置的研制现状 被引量：9
1
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
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GPS星载原子钟性能评估 被引量：38
2
作者 贾小林 冯来平 +1 位作者 毛悦 杨海彦 《时间频率学报》 CSCD 2010年第2期115-120,共6页
介绍了星载原子钟性能评估指标——频率准确度、稳定度、漂移率的定义及计算方法,基于IGS(international GNSS service)卫星钟差数据,对GPS星载原子钟的性能指标进行了分析。其中,基于Hadamard方差方法的稳定度分析结果表明,GPS Block ... 介绍了星载原子钟性能评估指标——频率准确度、稳定度、漂移率的定义及计算方法,基于IGS(international GNSS service)卫星钟差数据,对GPS星载原子钟的性能指标进行了分析。其中,基于Hadamard方差方法的稳定度分析结果表明,GPS Block IIR星载铷原子钟天稳已经处于1～3×10-14的水平。 展开更多
关键词 准确度 漂移率 Hadamard方差
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磁选态铯原子频率标准技术研制进展 被引量：8
3
作者 王骥 黄良育 +8 位作者 陈江 马沛 刘志栋 郭磊 成大鹏 马寅光 董鹏玲 崔敬忠 张照瑞 《时间频率学报》 CSCD 2022年第1期15-25,共11页
磁选态铯原子频率标准作为精密的守时与时间频率计量仪器设备已经实现了国产化和批量应用。介绍了国产磁选态铯原子频率标准的关键技术,包括准直器、单束磁选态束光学、电子倍增器、低噪声微波源和数字伺服控制。进一步,针对不同应用场... 磁选态铯原子频率标准作为精密的守时与时间频率计量仪器设备已经实现了国产化和批量应用。介绍了国产磁选态铯原子频率标准的关键技术,包括准直器、单束磁选态束光学、电子倍增器、低噪声微波源和数字伺服控制。进一步,针对不同应用场景,开发了守时型、轻量化、星载铯原子频率标准产品,实现了磁选态铯原子频率标准的自主可控。 展开更多
关键词 铯原子频率标准 磁选态 守时型原子钟
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铯原子喷泉钟NTSC-F1研制进展 被引量：8
4
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
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基于最优控制理论的国产光抽运小铯钟频率控制算法 被引量：3
5
作者 宋会杰 董绍武 +4 位作者 王翔 姜萌 章宇 郭栋 张继海 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期108-118,共11页
原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标... 原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标准时间的自主性和安全性,本文基于国产钟的噪声特性,在最优控制理论的框架下研究了线性二次高斯控制算法,该算法属于闭环控制算法,从同步时间、频率控制准确度和频率控制稳定度方面研究国产钟性能,最后分析了不同控制间隔对国产钟性能的影响.结果表明随着二次损失函数中约束矩阵W_(R)的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高.W_(R)相同情况下,随着控制间隔的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高,对于W_(R)=1时,控制间隔为1 h的同步时间为5小时,控制准确度为1.83 ns,1 h的Allan偏差为1.81×10^(-13);控制间隔为8 h的同步时间为28 h,控制准确度为4.48 ns,1 h的Allan偏差为1.48×10^(-13).控制国产光抽运小铯钟的中长期稳定度都得到提高. 展开更多
关键词 原子钟状态模型 线性二次高斯控制 KALMAN滤波 原子钟噪声
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基于异频相位处理的新型氢原子频标锁相系统 被引量：8
6
作者 杜保强 周渭 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1262-1267,共6页
在等效鉴相频率的基础上,提出了一种新型氢原子频标锁相系统的设计方案.利用频率信号间相位差变化的规律性,无需频率归一化便可完成相互间的线性相位比对即异频鉴相.将异频鉴相应用于主动型氢原子频标的锁相环路中,通过参考信号和被锁... 在等效鉴相频率的基础上,提出了一种新型氢原子频标锁相系统的设计方案.利用频率信号间相位差变化的规律性,无需频率归一化便可完成相互间的线性相位比对即异频鉴相.将异频鉴相应用于主动型氢原子频标的锁相环路中,通过参考信号和被锁信号间等效鉴相频率的合理选择,可以做到异频率信号间的直接鉴相并能获得很高的锁相精度.实验结果表明了该设计方案的科学性和先进性,其锁相精度可达10-12/s量级,与传统氢原子频标锁相系统相比具有电路简单,锁相精度高,附加噪声小,可以异频直接锁相等特点,因而在导航定位、空间技术、通讯、计量、精密时频测控等领域获得广泛应用. 展开更多
关键词 群周期 异频鉴相 群相移 异频锁相 氢原子频标
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一种小型化铷光谱灯的设计 被引量：6
7
作者 余钫 金鑫 +2 位作者 管妮娜 高军毅 盛荣武 《宇航计测技术》 CSCD 2008年第1期13-16,29,共5页
光谱灯的小型化是谱灯抽运被动型铷原子频标小型化的关键之一。分别对光谱灯的机械结构、热结构、电磁结构和电路结构进行了分析、仿真和优化,并改进设计了一种小型化的铷光谱灯,经过测试取得了比较理想的结果,其主要性能指标如下:体积&... 光谱灯的小型化是谱灯抽运被动型铷原子频标小型化的关键之一。分别对光谱灯的机械结构、热结构、电磁结构和电路结构进行了分析、仿真和优化,并改进设计了一种小型化的铷光谱灯,经过测试取得了比较理想的结果,其主要性能指标如下:体积<14 mL,灯温<115℃,激励电流<80 mA,光漂移<1.10-4/d,光温度系数<1.10-3/℃。此小型化的铷光应谱灯已应用于小型化铷原子频标中。 展开更多
关键词 气泡型铷频标 小型化光谱灯 +唯象仿真
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铯原子喷泉钟均匀C场的实现 被引量：6
8
作者 吴长江 管勇 +3 位作者 陈江 张辉 阮军 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2011年第2期81-86,共6页
C场均匀度是影响铯原子喷泉钟性能的重要因素。为了消除漏磁等对磁场均匀度的影响,加入补偿线圈,通过用最小二乘法计算,逐次得出补偿线圈的个数、位置与电流。实验表明:计算数据与实验结果吻合,得到C场不均匀性小于2 nT、长度达48 cm的... C场均匀度是影响铯原子喷泉钟性能的重要因素。为了消除漏磁等对磁场均匀度的影响,加入补偿线圈,通过用最小二乘法计算,逐次得出补偿线圈的个数、位置与电流。实验表明:计算数据与实验结果吻合,得到C场不均匀性小于2 nT、长度达48 cm的均匀区。 展开更多
关键词 铯喷泉钟 磁屏蔽 最小二乘法
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铷原子频标低噪声9次倍频链设计 被引量：2
9
作者 邱紫敬 祁峰 +2 位作者 明刚 钟达 梅刚华 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3046-3050,共5页
铷原子频标短期频率稳定度由物理系统和电路系统共同决定.微波链的相位噪声是电路系统影响铷频标短期频率稳定度的主要因素.本文分析了传统铷频标微波链的结构和工作原理,指出9次倍频器和调制器是微波链相噪的主要来源.为抑制微波链噪声... 铷原子频标短期频率稳定度由物理系统和电路系统共同决定.微波链的相位噪声是电路系统影响铷频标短期频率稳定度的主要因素.本文分析了传统铷频标微波链的结构和工作原理,指出9次倍频器和调制器是微波链相噪的主要来源.为抑制微波链噪声,采用肖特基二极管倍频和提高载波频率的调制方案,设计出一种低噪声9次倍频链.实验结果表明,该倍频链输出90MHz信号的相噪比传统方案降低了12dB以上,可将微波链噪声对铷频标1s频率稳定度的贡献控制在1.9E-13.将该倍频链应用于铷频标,测得铷频标短稳为3.53E-13(1s)、1.27E-13(10s)和3.97E-14(100s). 展开更多
关键词 铷原子频标 倍频 调制 相位噪声 频率稳定度
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温度对POP Rb原子钟性能影响的研究 被引量：4
10
作者 薛文祥 陈江 +1 位作者 杜志静 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2012年第3期129-136,共8页
从温度对缓冲气体碰撞频移和弛豫率的影响出发,对充有Ar和N2这2种缓冲气体的POP(pulsed optically pumped,脉冲激光抽运)汽泡式铷原子钟的温度特性进行了理论和实验研究。研究表明,Ar与N2的气压比为1.6时,60℃的线性温度系数为0;不同温... 从温度对缓冲气体碰撞频移和弛豫率的影响出发,对充有Ar和N2这2种缓冲气体的POP(pulsed optically pumped,脉冲激光抽运)汽泡式铷原子钟的温度特性进行了理论和实验研究。研究表明,Ar与N2的气压比为1.6时,60℃的线性温度系数为0;不同温度时,布居数差弛豫率1和相干弛豫率2各不相同,若1 2,则POP铷原子钟Ramsey条纹包络在微波场与原子跃迁失谐为0附近为凹陷,信噪比较差,反之,为凸起,信噪比较高。研究结果对设计POP原子钟的缓冲气体气压比和工作温度,以及提高POP原子钟的中长期稳定度有一定借鉴作用。 展开更多
关键词 POP铷原子钟 弛豫率 缓冲气体 Ramsey条纹
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双极型磁选态单束铯束管内铯原子运动轨迹的算法改进 被引量：2
11
作者 朱宏伟 陈江 +2 位作者 张涤新 王骥 袁博 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2189-2194,共6页
针对简化算法得到的铯原子运动轨迹精度不高的结果,通过分析磁选态单束铯束管内双极型选态磁铁的磁场分布,提出了不简化磁场梯度和有效磁矩,用布利厄施-施多厄方法求解铯原子运动方程的算法。用此算法得到的铯原子运动轨迹与通常采用的... 针对简化算法得到的铯原子运动轨迹精度不高的结果,通过分析磁选态单束铯束管内双极型选态磁铁的磁场分布,提出了不简化磁场梯度和有效磁矩,用布利厄施-施多厄方法求解铯原子运动方程的算法。用此算法得到的铯原子运动轨迹与通常采用的简化算法得到的轨迹相比,最大差异约为1.0mm。此计算结果影响管内机械组件的安装对中位置,可用于束光学模拟计算,提高短期稳定度指标。 展开更多
关键词 磁选态单束铯束管 双极型选态磁铁 布利厄施-施多厄方法 铯原子运动轨迹
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基于GPS的新型二级频标锁定系统 被引量：5
12
作者 杜保强 周渭 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2563-2570,共8页
提出了一种基于GPS的新型二级频标锁定系统的设计方案。利用信号的时延稳定性和群相位差变化的规律性,产生一种基于长度游标的高精度时间间隔测量方法。将该方法应用于二级频标锁定系统中,通过对被测时间间隔进行多尺度卡尔曼滤波,在MC... 提出了一种基于GPS的新型二级频标锁定系统的设计方案。利用信号的时延稳定性和群相位差变化的规律性,产生一种基于长度游标的高精度时间间隔测量方法。将该方法应用于二级频标锁定系统中,通过对被测时间间隔进行多尺度卡尔曼滤波,在MCU控制下算出GPS与二级频标分频信号之间的相对频差;根据二级频标的频-压控制特性得到补偿电压,将该电压进行D/A转换后送到二级频标的压控端,调整输出频率,形成二级频标锁定系统。实验结果表明其锁定精度可达10-12/s量级,与传统频标锁定系统相比具有电路简单,成本低廉,附加噪声小,锁定精度高等特点。 展开更多
关键词 频标锁定系统 异频鉴相 群周期 长度游标 多尺度卡尔曼滤波
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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
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小型TE_(111)无泡隔膜腔氢脉泽的实验研究 被引量：2
14
作者 王庆华 翟造成 +1 位作者 张为群 林传富 《计量学报》 CSCD 北大核心 2000年第2期89-94,共6页
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。
关键词 氢脉泽 TE111无泡隔膜腔 频率标准 氢原子钟
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小型铯原子钟微波腔调谐过程的仿真研究 被引量：2
15
作者 黄良育 王骥 +2 位作者 陈江 张涤新 马寅光 《宇航计测技术》 CSCD 2012年第6期35-37,76,共4页
通过建立模型,利用Ansoft HFSS 12.0对小型铯原子钟内微波腔的调谐过程进行了仿真,得到了调谐棒半径、在调配器内长度与微波腔谐振频率之间的关系曲线。结果表明,调谐棒半径一定时,调谐棒长度在一定范围内,微波腔谐振频率随着长度的增... 通过建立模型,利用Ansoft HFSS 12.0对小型铯原子钟内微波腔的调谐过程进行了仿真,得到了调谐棒半径、在调配器内长度与微波腔谐振频率之间的关系曲线。结果表明,调谐棒半径一定时,调谐棒长度在一定范围内,微波腔谐振频率随着长度的增加逐渐下降;随着半径的增大,微波腔谐振频率的变化范围逐渐增大,在铯原子跃迁中心频率处,调谐棒长度对微波腔谐振频率的影响变大。根据仿真结果,给出了调谐棒半径的取值范围,为微波腔的设计、加工和调谐提供了理论指导。 展开更多
关键词 铯原子钟 微波腔 谐振频率 模拟
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用于铯芯片级原子钟的4.596GHz射频源研制(英文) 被引量：2
16
作者 季磊 汤亮 张忠山 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期160-164,共5页
芯片级原子钟主要包括射频模块、物理封装模块以及其他的外围控制模块。射频模块的设计关系到芯片级原子钟的短期稳定度,所以射频模块在芯片级原子钟的设计时是非常重要的一部分。本文利用数字锁相环技术实现频率为4.596GHz的射频源,射... 芯片级原子钟主要包括射频模块、物理封装模块以及其他的外围控制模块。射频模块的设计关系到芯片级原子钟的短期稳定度,所以射频模块在芯片级原子钟的设计时是非常重要的一部分。本文利用数字锁相环技术实现频率为4.596GHz的射频源,射频源由三部分组成,包括小数分频频率综合器、压控振荡器和环路滤波器。数字锁相环具有相位噪声低,频谱稳定度高等特点。此外,由于小数分频频率综合器是可编程的,可以通过配置N分频器与R分频器实现输出频率的快速扫描。与此同时,根据相关公式,可以计算出三阶无源环路滤波器的近似参数值,所设计的环路滤波器具有300kHz的环路带宽以及55°的相位裕度。最后,整个基于数字锁相环技术实现的射频源通过仿真、硬件实现以及测试。测试结果显示,射频源的相位噪声为-74.02dBc/Hz@300Hz,符合芯片级原子钟射频源的设计要求。 展开更多
关键词 芯片级原子钟 射频源 环路滤波器 压控振荡器 锁相环
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脉冲光抽运铷原子钟的Ramsey信号特性研究 被引量：1
17
作者 薛文祥 郝强 +2 位作者 王柯穆 王鑫 张首刚 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期182-188,共7页
基于以小型化磁控管微波腔实现的脉冲光抽运铷原子钟,研究了自由演化时间对Ramsey信号特性的影响,讨论了横向弛豫时间对钟信号对比度的影响.该原子钟的自由演化时间为3ms时,Ramsey信号中心条纹的对比度为52%,散弹噪声极限优于1.7×1... 基于以小型化磁控管微波腔实现的脉冲光抽运铷原子钟,研究了自由演化时间对Ramsey信号特性的影响,讨论了横向弛豫时间对钟信号对比度的影响.该原子钟的自由演化时间为3ms时,Ramsey信号中心条纹的对比度为52%,散弹噪声极限优于1.7×10-14(τ=1s).利用Ramsey信号的对比度和吸收泡内的光密度,计算得到了原子钟内铷吸收泡的纵向和横向弛豫时间分别为1.95ms和2.45ms.本文研究为进一步提高脉冲光抽运铷原子钟的性能提供了重要依据. 展开更多
关键词 原子钟 Ramsey信号 自由演化时间 对比度 弛豫时间
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卫星铷钟自动控温系统仿真平台的设计与实现 被引量：3
18
作者 冯文全 刘苏潇 张晓林 《宇航计测技术》 CSCD 2006年第1期29-33,共5页
卫星上的铷钟对环境温度要求非常苛刻,需要采用自动控温系统严格控制工作环境的温度,该系统上星前必须经过大量的试验和仿真,验证卫星上铷钟热控系统的软硬件功能和性能是否达到设计要求。基于CPCI(Compact Peripheral Component Interc... 卫星上的铷钟对环境温度要求非常苛刻,需要采用自动控温系统严格控制工作环境的温度,该系统上星前必须经过大量的试验和仿真,验证卫星上铷钟热控系统的软硬件功能和性能是否达到设计要求。基于CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)计算机的卫星铷钟自动控温系统仿真平台,是在不具备铷钟热控试验需要的真空、绝热条件下,模拟铷钟在卫星上工作时温度变化引起的参数变化,并检测卫星铷钟自动控温系统由于参数变化所引起的相应的控制量变化,从而验证系统的性能。 展开更多
关键词 仿真平台 铷原子钟 自动控制 总线
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双真空主动型氢脉泽真空系统设计 被引量：7
19
作者 王文明 张燕军 +1 位作者 杨浩 张为群 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期252-255,共4页
清洁、抽速稳定的高真空系统是氢脉泽工作必不可少的组成部分之一。文章详细介绍了双真空主动型氢脉泽真空系统的组成及各个组成部分的设计思路、方法。内容涉及真空的获得、真空泵的选择、氢脉泽物理部分双真空系统设计、流导及抽速的... 清洁、抽速稳定的高真空系统是氢脉泽工作必不可少的组成部分之一。文章详细介绍了双真空主动型氢脉泽真空系统的组成及各个组成部分的设计思路、方法。内容涉及真空的获得、真空泵的选择、氢脉泽物理部分双真空系统设计、流导及抽速的计算、泵体结构的设计和实验验证。实验发现,设计完毕的氢脉泽双真空系统保温效果较以前大幅改善,内外真空室本底流量为0.1 mA,工作流量值稳定在0.7mA时氢脉泽稳定输出-105 dBm信号,关闭流量后内真空抽真空本底时间约为8 min。表明内外真空室离子泵均达预期设计指标且工作正常。此外,该设计还进一步减小了脉泽体积、减轻了其重量,向氢脉泽小型化迈出了坚实一步。 展开更多
关键词 真空系统流导离子泵氢脉泽
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一种超小型磁选态铯原子钟 被引量：2
20
作者 陈江 刘志栋 +8 位作者 王骥 马沛 郭磊 杨炜 成大鹏 杨军 马寅光 崔敬忠 涂建辉 《时间频率学报》 CSCD 2022年第1期9-14,共6页
本文提出了一种超小型磁选态铯原子钟。与传统的小型铯原子钟相比,超小型铯钟体积减小40%,其中铯束管体积减小23%,频标电路体积减小48%。采用数值方法研究了该钟的性能,结果表明,与传统小型铯钟LIP Cs-3000相比,超小型铯钟的Ramsey线宽... 本文提出了一种超小型磁选态铯原子钟。与传统的小型铯原子钟相比,超小型铯钟体积减小40%,其中铯束管体积减小23%,频标电路体积减小48%。采用数值方法研究了该钟的性能,结果表明,与传统小型铯钟LIP Cs-3000相比,超小型铯钟的Ramsey线宽增大67%,信噪比增大36%。该超小型铯钟体积约为27 L,预计Allan偏差介于1.0×10^(-11)/■~3.3×10^(-11)/■之间。数值计算结果为超小型铯钟的研制奠定了理论基础。 展开更多
关键词 铯原子钟 铯束管 ALLAN方差
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