一种低温度敏感性铷频标物理部分研究

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1、2012年12月第32卷第6期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementDec．，2012V01．32．No．6文章编号：1000—7202(2012)06—0009—04中图分类号：TM935．11一种低温度敏感性铷频标物理部分研究涂建辉张金海陈溶波崔敬忠(兰州空间技术物理研究所，兰州730000)文献标识码：A摘要物理部分是原子频标的核心部件，对温度变化比较敏感。因此，温度敏感性是铷频标稳定度提高的一个重要限制因素。以一种改进型铷频标物理部分为研究对象，在分析温度波动对铷频标稳定度影响的基础上，提出了改进铷频标物理部分

2、温度敏感性的措施。通过试验验证，这些措施能够有效地降低铷频标物理部分温度系数。关键词铷频标物理部分温度敏感性ResearchOnPackagePhysicsofRubidiumFrequencyStandardwithLowTemperatureSensitivityTUJian—·huiZHANGJin—·haiCHENRong··boCUIJing·-zhong(LanzhouInstituteofPhysics，Lanzhou730000)AbstractThephysicspackageisthecoreofatomicfrequencystandard，andtemp

3、eraturesensitivi—tyisthemostsignificationlimitationtoimprovethefrequencystabilityofrubidiumfrequencystandard(RFS)，Inthispaper，researchedonthebasisofanalysisoftheaffectionoftemperaturefluctuationtothefrequencystabilityofRFS，akindofphysicspackageWasdesignedanditsphysicalpropertieswerestudiedto

4、validatethereductionofitstemperaturesensitivity．KeywordsRubidiumfrequencystandardPhysicspackageTemperaturesensitivity1引言铷频标从功能上由电路部分和物理部分构成。其中物理部分起到原子鉴频器的作用。物理部分原理框图如图1所示。物理部分工作原理为⋯：充有同位素87Rb和缓冲气体b(或Xe)的灯泡在激励电路作用下发射包括a线和b线的抽运光，再由充有同位素85Rb和缓冲气体Ar的滤光泡滤除对光抽运无作用的a线，最终由剩余谱线中的b线激发充有同位素87Rb和混合缓冲气体的

5、吸收泡中处于基态的盯Rb原子发生跃迁并与外部馈入的微波激励信号形成共振吸收，通过光电探测器检测吸收泡的透射光强来检测微波共振，形成光检信号，此信号输出到伺服用于锁定外部的压控晶体振荡器，进而输出稳定的频率。物理部分中，由于三个泡都是利用铷的饱和蒸气进行工作，因此温度会对灯泡、滤光泡和吸收泡均产生影响。影响的方式不尽相同，对于灯泡和滤光泡是光频移效应，对于吸收泡的影响主要是碰撞频移。由铷频标的理论可知，碰撞频移是影响铷频标收稿日期：2012—05—18作者简介：涂建辉(1980一)，男，博士，工程师，主要研究方向：原子频标技术。宇航计测技术2012焦微波腔C场线圈磁屏蔽图1物理部

6、分原理框图长期稳定度的主要因素之一。研究结果显示心’，温度起伏主要影响铷频标千秒以上的中、长期稳定度。对于一种小型铷频标的研究数据表明：忽略其他因素的影响时，当环境温度起伏±3℃，铷频标万秒稳定度大约为4x10。13。如果将环境温度的起伏控制在±0．15。C，其万秒稳定度大约为lXl0‘13。如果将环境温度的起伏控制在±0．040C，其万秒稳定度可以进入10一4量级，3万秒稳定度则可以达到5×10—4。物理部分是铷频标的核心部件，其对温度变化比较敏感，因此提高铷频标长期稳定度指标的一个有效途径就是降低物理部分的温度敏感性。2物理部分方案设计在文献‘31中的作者以采用两泡单控温方

7、案的物理部分为研究对象，提出改善物理部分温度系数的措施，使物理部分温度系数达到3X10—2／oC的水平，但仍有进一步提升的潜力。为迸一步降低物理部分温度敏感性，本文对文献【31中物理部分结构进行了改进，改进后的物理部分框图如图2所示。外壳加热筒6834．6875HHz微波激励圃徽波腔吸灯泡控温电路光检信号(到伺服电路)图2改进后物理部分框图改进后的物理部分采用分立滤光方式(三泡结构)便于调节滤光泡和吸收泡的参数，铷灯泡、滤光泡和吸收泡处于同一工作温度点，以获得良好的试验效果。3降低物理部分温