铷频标物理系统的改进研究.pdf

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1、２０１４年８月宇航计测技术Ａｕｇ．，２０１４第３４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃＭｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＶｏｌ．３４，Ｎｏ．４文章编号：１０００－７２０２（２０１４）０４－００４９－０４中图分类号：ＴＢ９３９文献标识码：Ａ铷频标物理系统的改进研究陈溶波张金海涂建辉崔敬忠（兰州空间技术物理研究所，兰州７３００００）摘要物理系统是铷频标的核心部件，通过分析影响频率稳定度的因素，对物理系统内部结构进行了改进。改进后的物理系统采用分离滤光的三泡结构，增加了光学滤光技术，此外，物理系统还

2、选用了磁控管微波腔。－１４－１２经测试，改进后的铷频标温度系数为９．７×１０／℃，频率稳定度约为１×１０／（１ｓ≤≤１００００ｓ）。关键词铷频标物理系统光学滤光磁控管微波腔温度系数StudyonModifyingPhysicsPackageofRubidiumFrequencyStandardsＣＨＥＮＲｏｎｇ-ｂｏＺＨＡＮＧＪｉｎ-ｈａｉＴＵＪｉａｎ-ｈｕｉＣＵＩＪｉｎｇ-ｚｈｏｎｇ（ＬａｎｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００）AbstractＰｈｙｓｉｃｓｐａｃｋａｇｅｉｓｔｈ

3、ｅｋｅｙａｓｓｅｍｂｌｙｏｆｒｕｂｉｄｉｕｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｎｄａｒｄｓ（ＲＦＳ）．Ｂｙａｎａｌｙ-ｚｉｎｇｔｈｅｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐｈｙｓｉｃｓｐａｃｋａｇｅｉｓｍｏｄｉｆｉｅｄ．Ｔｈｉｓｐｈｙｓｉｃｓｐａｃｋａｇｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｒｅｅｃｅｌｌｓｓｃｈｅｍｅ，ｉｎｗｈｉｃｈａｎｏｐｔｉｃａｌｆｉｌｔｅｒａｎｄａｍａｇｎｅ-ｔｒｏｎｍｉｃｒｏｗａｖｅｃａｖｉｔｙａｒｅｕｓｅｄ．

4、Ａｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｔｅｓｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（ＴＣ）ｉｓ９．７×－１４－１２１０／℃ａｎｄｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＲＦＳｉｓｎｅａｒｌｙ１×１０－１／２（１ｓ≤≤１００００ｓ）．KeywordsＲｕｂｉｄｉｕｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｎｄａｒｄｓＰｈｙｓｉｃｓｐａｃｋａｇｅＯｐｔｉｃａｌｆｉｌｔｅｒＭａｇｎｅｔｒｏｎｍｉｃｒｏ-ｗａｖｅｃａｖｉｔｙＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ－１５［１］1引言好的指标甚至达到了３×１０

5、／ｄ。原子频标一般由物理系统和电路系统两部分组卫星导航定位的精度与原子频标的稳定度有直成。物理系统产生原子鉴频信号；电路系统为物理接的关系。近年来，卫星导航等应用领域的蓬勃发系统提供微波激励并输出稳定的频率。频率稳定度展，对铷频标稳定度指标提出了极大的需求。在卫是原子频标最重要的性能指标之一，短期稳定度主星导航的刺激下，铷原子频标的稳定度指标也得到要由原子鉴频信号的信噪比决定，而信噪比主要取了很大的提高。ＧＰＳＢＬＯＣＫＩＩＦ星载铷钟短期稳定决于物理系统的性能；长期稳定度最主要的影响因度指标小于１×１０－１２／，稳定

6、度小于１×１０－１４／ｄ，最素是光频移和温度系数。针对影响铷频标短期和长期稳定度的因素，本文对被动型气泡式铷原子频标收稿日期：２０１３－１１－２７，修回日期：２０１４－０３－０６作者简介：陈溶波（１９８１－），男，博士，工程师，主要研究方向：原子频标技术。·５０·宇航计测技术２０１４年物理系统结构进行了改进设计，改进后的物理系统号强度，另一方面是降低系统噪声。［４］采用分离滤光的三泡结构，增加了光学滤光技术。有研究显示，当环境温度波动±０．１５℃，铷频－１３此外，物理系统还选用了磁控管微波腔。其中，光学标万秒稳定度大

7、约为１×１０。由于铷频标千秒以－１３－１４滤光降低系统噪声；磁控管微波腔具有ＴＥ０１１场型分上的中、长期稳定度一般在１０～１０量级，所以，布，有利于增强原子跃迁信号强度；分离滤光的三泡微小的环境温度波动已经对长期稳定度产生较大的结构有利于调节系统的温度系数。经测试，改进后影响。物理系统中，由于三个玻璃泡都是利用铷的－１４的铷频标温度系数达到９．７×１０／℃，频率稳定度饱和蒸汽进行工作，因此温度会对灯泡，滤光泡和吸－１２达到１×１０／（１ｓ≤≤１００００ｓ）。收泡产生影响。影响的表现形式不尽相同，对于灯泡和滤光泡是光频

8、移效应，对于吸收泡的影响主要2物理系统结构和工作原理是碰撞频移。由量子频标理论可知，光频移和碰撞频移都是影响铷频标长期稳定度的主要因素。因此，提高铷频标长期稳定度的一个有效途径是减小铷钟物理系统结构主要由铷光谱灯、腔泡组件、光频移和降低物理系统的温度敏感性。Ｃ场线圈、光电检测器、磁屏蔽、加热筒、外壳组成。［２］８７物理系统工作原理为：充有同位素