摘要：设计并实现了一种通过原子对激光的吸收光谱研究被动型相干布居囚禁(CPT)原子钟所使用的垂直腔面发射激光器(VCSEL)特性的实验方法。通过切换输入VCSEL的微波功率,实验记录原子对单色和调频多色激光的吸收谱,借助光谱分析研究了VCSEL激光管自身温度变化速度、微波功率变化造成VCSEL的温度变化及VCSEL输出波长随温度的变化等特性,以及通过所实现的光谱直接测量所用VCSEL制备CPT态的效率。该方法为CPT原子钟所用的VCSEL提供了一个有用的测试、研究平台,对于原子钟的研制和VCSEL研究具有实际价值。

摘要：数字化电子学系统设计是微型CPT原子钟设计的重要工作,也是电子学系统芯片化设计过程中必不可少的环节。以低功耗微处理器为控制核心,设计了一种CPT铯原子钟的数字化电子学系统,包括微波信号源、温度控制、激光器控制及信号解调等电路,微处理器通过软件对采集信号的处理实现原子钟控温和锁定。该电子学系统与物理部分联调已实现整钟锁定,且其控制模块可转换为FPGA进行设计,为进一步电路芯片化设计奠定了基础。

摘要：根据相干布居囚禁原子频标对合成源的要求,利用直接数字频率合成器激励锁相环实现了高稳定度、高分辨率、快跳频速度、低相位噪声、小体积的小步长扫描合成源。比较应用于相干布居囚禁原子频标的合成源方案,介绍直接数字频率合成器激励锁相环频率合成器的基本原理,简述用AD9954和ADF4350所设计高性能小型合成源的具体实现方法,并通过仿真优化得到最佳的输出性能。采用DDS与PLL相结合的混合结构设计的合成源,综合了DDS和PLL各自的优点,具有优良的技术性能,进一步提高了CPT原子频标标准输出频率的性能。同时,达到了设计小型化的要求,有利于CPT原子频标的便携式应用。

摘要：实现微型化、低功耗的相干布居囚禁(CPT)原子钟对于其在通信、定位等精密测量领域的应用具有重要意义。而外围控制电路控制频率和激光精准输出是实现相干布居囚禁原子钟的关键技术。设计了一种CPT铯原子钟外围控制电路系统。系统利用微调和粗调两级电流调节共同驱动VCSEL激光器工作,相对于单一电流调节,输出更加精准;采用锁相环电路产生可调制的微波信号;为实现微波功率可以调节,采用PIN二极管调节微波功率衰减;同时采用软件调制解调方法代替传统硬件调制解调电路,节约电路逻辑资源。实验测试结果表明,微波调制激光器产生相干调频多色光,微波频率为4.596 267 GHz时,微波输出功率达到-3.33 dBm。微波射频电路在1 kHz频率偏移量下,相位噪声低于-80 dBc/Hz,具有较好的性能。

摘要：CPT原子钟应用Rb85原子的相干布居囚禁原理,避免了厘米量级的微波谐振腔,使得原子钟的微型化成为可能。采用传统采样比较方式,频率稳定度在百秒稳之后难以驯服。本文介绍了一种以FPGA为主控模块的新型CPT原子钟,并用DFT算法改进了锁定方式提高了系统的抗噪声能力,最后给出了样机测试结果,其千秒稳达到1.96×10-11。