介质加载谐振腔的小型化氢脉泽的研究.pdf

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1、第３７卷第５期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ５２０１６年５月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭａｙ．２０１６介质加载谐振腔的小型化氢脉泽的研究１，２１何克亮，张为群（１．中国科学院上海天文台上海２０００３０；２．中国科学院大学北京１０００４９）摘要：原子储存泡技术是氢微波激射器（氢脉泽）的关键技术。传统的石英薄壁储存泡位于ＴＥ０１１模的空心圆柱谐振腔的中心。为了缩小氢脉泽谐振腔和原子储存泡的体积采用了蓝宝石加载谐振腔取代传统的腔泡结构，并将蓝宝石晶体的内壁作为原子储存泡，分

2、析了脉泽工作状态的变化。为了消除蓝宝石加载腔的腔频率随温度的敏感变化（－６０ｋＨｚ／Ｋ）对脉泽自激振荡频率相对大的牵引效应，在蓝宝石加载谐振腔中再加载具有负介电常数温度系数的钛酸锶晶体，将腔频率温度系数近似地补偿到零。实现了采用介质加载谐振腔的氢脉泽的自激振荡，并通过锁相环实现氢脉泽对晶体振荡器的控制而形成稳定的频率源，－１４短期稳定度指标在量级上达到了主动型氢原子钟（氢钟）的指标（１０００ｓ稳定度达１．５×１０）。关键词：氢微波激射器；介质加载谐振腔；原子储存泡＋中图分类号：ＴＨ７１４．１４ＴＭ９３５．１１３文

3、献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４１０．５５Ｓｔｕｄｙｏｎｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄｈｙｄｒｏｇｅｎｍａｓｅｒｗｉｔｈｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏａｄｅｄｒｅｓｏｎａｎｃｅｃａｖｉｔｙ１，２１ＨｅＫｅｌｉａｎｇ，ＺｈａｎｇＷｅｉｑｕｎ（１．ＳｈａｎｇｈａｉＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ，ＣＡＳ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３０，Ｃｈｉｎａ；２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｔｏｍｉｃｓｔｏｒａｇｅ

4、ｂｕｌｂｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅａｃｔｉｖｅＨｍａｓｅｒ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄｑｕａｒｔｚｓｔｏｒａｇｅｂｕｌｂｉｓｓｉｔｕａｔｅｄｉｎｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆＴＥ０１１ｍｏｄｅｈｏｌｌｏｗｃｙｌｉｎｄｅｒｒｅｓｏｎａｎｃｅｃａｖｉｔｙ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｖｏｌｕｍｅｏｆｔｈｅＨｍａｓｅｒｒｅｓｏｎａｎｃｅｃａｖｉｔｙａｎｄａｔｏｍｉｃｓｔｏｒａｇｅｂｕｌｂ，ｔｈｅｓａｐｐｈｉｒｅｌｏａｄｅｄｒｅｓｏｎａｎｃｅｃａｖｉｔｙｉｓｕｓｅｄ

5、ｔｏｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃａｖｉｔｙａｎｄｂｕｌｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＨｍａｓｅｒ；ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｗａｌｌｏｆｔｈｅｓａｐｐｈｉｒｅｃｒｙｓｔａｌｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅａｔｏｍｉｃｓｔｏｒａｇｅｂｕｌｂ．ＴｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔａｔｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＨｍａｓｅｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌａｒｇｅｐｕｌｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｃａｖｉｔｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

6、ｖｓ．ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（－６０ｋＨｚ／Ｋ）ｉｎｔｈｅｓａｐｐｈｉｒｅｌｏａｄｅｄｃａｖｉｔｙｏｎｔｈｅｍａｓｅｒｓｅｌｆｅｘｃｉｔｅｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｓｔｒｏｎｔｉｕｍｔｉｔａｎａｔｅｃｒｙｓｔａｌｗｉｔｈｎｅｇａｔｉｖｅｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｓｌｏａｄｅｄｉｎｔｈｅｓａｐｐｈｉｒｅｌｏａｄｅｄｒｅｓｏｎａｎｃｅｃａｖｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｓｔｈｅｃａｖｉｔｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆ

7、ｉｃｉｅｎｔｔｏｚｅｒｏａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ．ＴｈｅｓｅｌｆｅｘｃｉｔｅｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏａｄｅｄｒｅｓｏｎａｎｃｅｃａｖｉｔｙＨｍａｓｅｒｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ；ａｎｄａｑｕａｒｔｚｃｒｙｓｔａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｉｓｓｌａｖｅｄｂｙｔｈｅＨｍａｓｅｒｔｈｒｏｕｇｈｐｈａｓｅｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ，ａｎｄｔｈｅｓｔａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｏｕｒｃｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｓｈｏｒｔｔｅｒｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｂｉｌｉｔｙａ

8、ｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄａｃｔｉｖｅＨａｔｏｍｉｃｃｌｏｃｋｗｉｔｈｉｎｔｈｅｓａｍｅｏｒｄｅｒｏｆｍａｇｎｉｔｕｄｅ（ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｒｅａｃｈｅｓ－１４１．５×１０ｗｉｔｈｉｎ１０００ｓ）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｍａｓｅｒ；ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏａｄｅｄｒｅｓｏｎａｎｃｅｃａｖｉｔｙ；ａｔｏｍｉｃｓｔｏｒａｇｅｂ