【CN110018631A】应用法拉第激光抽运探测的铯原子微波频率标准及其实现方法【专利】

激光冷却铯原子喷泉频标的黑体辐射频移激光冷却铯原子喷泉频标是一种高精度的频率标准。

它利用激光冷却技术来增加原子喷泉中铯原子的密度，并通过黑体辐射来确定原子频率。

具体来说，激光冷却铯原子喷泉频标使用多个激光来对铯原子进行冷却，这样可以使原子的速度降低到几乎为零，并将原子的密度增加数百倍。

之后，通过观测铯原子中的黑体辐射来确定原子频率。

由于黑体辐射是由原子核产生的，因此频率非常稳定。

黑体辐射频移指的是黑体辐射的频率与其理论频率之间的差异。

这种差异可能由于温度效应、压力效应等原因造成，因此需要进行校准。

使用激光冷却铯原子喷泉频标可以使黑体辐射频移达到非常小的值，达到高精度频率测量的要求。

激光冷却铯原子喷泉频标在频率测量中具有重要意义，因为它可以提供非常高精度的频率值。

这对于一些需要高精度频率测量的应用非常重要，例如：
原子钟：激光冷却铯原子喷泉频标可以用于确定原子钟的频率，这是目前最稳定和精确的频率标准之一。

频率合成器：激光冷却铯原子喷泉频标可以用于校准频率合成器，以确保其频率精度。

频率标准：激光冷却铯原子喷泉频标可以用于确定其它频率标准
的频率值。

科学研究: 激光冷却铯原子喷泉频标在物理学、化学等领域有着广泛的应用，可以用来研究原子和分子的性质。

总之，激光冷却铯原子喷泉频标是一种高精度的频率标准，它通过激光冷却和黑体辐射来确定原子频率，为频率测量和科学研究提供了重要的技术支持。

国产高性能光抽运小铯钟研制进展贺轩1，袁志超1，陈佳源1，陈徐宗1，王青2*，齐向晖1*（1.北京大学量子电子学研究所，北京 100871；2.北京大学电子信息科学基础实验中心，北京 100871）摘要：介绍了北京大学利用光抽运小铯钟相比于传统的磁选态小铯钟有更高的铯原子利用率的优势，在频率稳定度方面取得的突破性进展；总结出了光抽运小铯钟达到高性能的关键因素在于铯束管优值、激光稳频和电路地噪声；最终优化后的光抽运小铯钟频率稳定度均超过了5071A优质管2倍以上，典型值为3 × 10-12 / τ1/2；近三年来陆续研制出8台光抽运小铯钟，初步实现了高性能光抽运小铯钟工程化。

关键词：原子钟；小铯钟；光抽运；频率稳定度；信噪比中图分类号：TB939 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2023）03-0099-08Progress of domestic high performance optically pumpedcompact cesium clocksHE Xuan1, YUAN Zhichao1, CHEN Jiayuan1, CHEN Xuzong1, WANG Qing2*, QI Xianghui1*(1.Institute of quantum electronics, Peking University, Beijing 100871, China；2.Center for experimental electronics and information, Peking University, Beijing 100871, China)Abstract: The advantage of optically pumped compact cesium clocks is that they have a higher utilization of at⁃oms compared to traditional magnetic state⁃selection cesium clocks. The group in Peking University has made breakthroughs in the frequency stability of optically pumped compact cesium clocks. The key factors for achieving high performance of optically pumped compact cesium clocks are the cesium beam tube, laser frequency stabiliza⁃tion, and circuits. The frequency stability of the optimized optically pumped compact cesium clock exceeds by more than twice that of the 5071A high⁃performance cesium beam tubes, with a typical value of 3 × 10-12 / τ1/2. Eight opti⁃cally pumped compact cesium clocks have been developed in the past three years. And the commercial high perfor⁃mance optically pumped compact cesium clocks have been preliminarily realizedKey words: atomic clock; compact cesium clock; optical pumping; frequency stability; signal⁃to⁃noise ratio0　引言小铯钟是目前应用广泛的原子钟之一，在守时授时、卫星定位导航、高速通信、量子精密测量等领域发挥着重要作用［1-4］。

从光学波长到微波频率基准:光学波长标准 - 飞秒光梳频率列 - 铯原子微波频率基准 - 光钟中国计量科学研究院(NIM) 量子处李天初, 方占军电话: (10) 6429 5811, e-mail: litch@摘要: 迄今, 光学波长依赖于传统的光学谐波波长链溯源到铯钟微波频率基准。

本文简略介绍中国计量院量子处保存和在研的激光波长标准, 报导我们研制新一代NIM4＃"激光冷却-原子喷泉"微波频率基准铯钟和"飞秒脉冲激光-光学梳状频率"的原理和进展。

冷原子喷泉钟将使我国频率基准不确定度进入10-15。

飞秒梳状频率使光学波长和微波频率直接准确地联系起来。

上述两项课题将改变我国光学波长标准和溯源系统的基本格局, 使得光学波长计量发展到一个新水平。

同时, "飞秒梳状频率"与"原子/离子存储光学频率标准"的结合, 将推动"光钟"的发展.关键词:冷原子喷泉钟; 飞秒光梳; 微波频率基准; 光学波长标准.1, 稳频激光光学波长标准 －实际复现米定义1983年, 国际计量大会(CGPM)颁布了新的米定义，将长度单位米定义为光波在一定时间间隔传播的真空距离[1], 并陆续推荐了十二条光辐射波长, 作为光学波长标准[2]。

在CGPM推荐的标准波长中, 利用饱和吸收技术将He-Ne激光频率锁定到127I2的115-5, R(127) 跃迁a i峰的633nm波长[3], 由于其结构简单、使用广泛、准确可靠而成为最常用、最常规的光学波长标准。

中国计量院(NIM)自70年代就开始了激光稳频的研究。

目前NIM保存着碘稳频633nm He-Ne激光波长标准, 不确定度为5x10－11(2σ)。

我们正在改造更新He-Ne激光543nm 波长标准, 开展碘稳频Nd:YAG激光倍频532nm波长和乙炔稳频半导体激光1542nm 波长标准的研究。

收稿日期:2007207225作者简介:王义遒(1932-),男,教授,主要研究领域:时间频率计量,波谱学及量子学研究。

宇航计测技术Journal of A str onautic Metr ol ogy and Measure ment中图分类号:T M935.115频率标准在中国的发展王义遒(北京大学信息科学技术学院,北京100871) 摘　要　简单介绍了原子钟研究在中国的发展历史,着重叙述了近年来所取得的成就。

包括在中国计量院开发与保存的国家时间频率基准:铯原子束基准和冷原子喷泉基准,后者的频率准确度达到了3・10-15。

叙述了氢原子钟,包括主动激射器频标和被动型氢钟两种类型的研究工作进展;说明了光抽运铷原子钟的研制与生产情况以及性能指标。

强调了中国光抽运铯原子束频标经过长期连续工作所取得的优秀成果。

简述了中国在微波与光频离子储存原子钟以及在光频测量和光钟上所取得的进展。

关键词　频率标准　综述On the Development of Frequency St andards i n Chi n aWANG Yi 2Q iu(School of Electr onics &Computer Science,Peking University,Beijing 100871) Abstract B riefly intr oduced the hist ory of the devel opment of the at om ic frequency standards inChina with the e mphasis on the recent achieve ments .I ncludes the Nati onal Pri m ary Ti m e and Frequency Standards,devel oped and maintained at Nati onal I nstitute of Metr ol ogy:the cesiu m bea m at om ic frequencystandard and the cold at o m ic fountain standards,which has reached the frequency accuracy of 3・10-15.Described the p r ogress of the hydr ogen cl ocks working both on active maser and passive modes .The situ 2ati on of the devel opment,the p r oducti on and als o the perfor mances of the op tically pumped rubidium cl ocks has been clarified .I ndicated the good result of the l ong -ter m operati on of the op tically pumped cesium bea m frequency standard in China .The advances of other frequency standards,such as the resear 2ches on the i on trap s working on both m icr owave and op tical frequency ranges,and the op tical frequency measuring chain and op tical cl ocks are als o menti oned . Key words Frequency standards Su mmarizati on1　引　言频率标准的发展对于一个国家的经济、科学与技术、国防与社会安全有着相当的重要意义。

时间频率精密计量技术发展发布时间：2021-07-09T08:50:34.155Z 来源：《科技新时代》2021年4期作者：刘卓程昊蔡珏[导读] 但只有铯原子频率标准、氢原子频率标准、铷原子频率标准三种原子频标的输出频率准确度高，稳定性强，应用最广泛。

（中国航发沈阳发动机研究所 110015）摘要：时间频率作为十大计量专业之一，在科学研究与日常生活中均起着至关重要的作用。

工作与生活中都会用到的时钟以及应用于卫星导航系统的星载铷原子钟，都以时间频率量为基础。

随着当代科技对时间量的精确度要求越来越高，时间频率计量已经由对宏观量的研究向更精密的微观量的研究方向转变，“秒”的定义也经历了由“平太阳秒”、“历书秒”到“原子秒”的发展历程，对时间量与频率量的精密计量研究已成为世界高新技术研究领域的重点。

关键词：时间频率精密原子秒1 “秒”定义的更新1960年以前，“秒”的定义源于地球的自转周期，物理学家通过观测地球的自转运动，将地球自转一周的时间称为“真太阳日”，由于一年中“真太阳日”的值总在不断变化，不能由某一个“真太阳日”来确定“秒”的定义，物理学家由此提出了“平太阳日”的概念，“平太阳日”为一年中所有“真太阳日”的平均值，把“平太阳日”的定义为“平太阳秒”，“平太阳秒”作为“秒”的第一次定义一直沿用至“历书秒”定义的出现。

由于物理学家通过观测地球的公转运动与地球的自转运动并进行对比研究，发现地球的公转运动比自转运动更稳定，因此决定采用地球的公转运动来描述秒的定义。

在1960年至1967年之间，出现了“秒”的第二次定义，即源于地球公转运动周期的“历书秒”。

1967年出现了“秒”的第三次定义，即“原子秒”的定义，“秒”是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应辐射的9192631770个周期所持续的时间。

“原子秒”的定义一直沿用至今。

1955年世界上第一台铯原子钟问世，此后出现了多种原子频率标准，但只有铯原子频率标准、氢原子频率标准、铷原子频率标准三种原子频标的输出频率准确度高，稳定性强，应用最广泛。

激光抽运铷原子频标实验研究宁小玲;康松柏;赵峰;钟达;梅刚华【摘要】Polarization spectroscopy of saturated absorption was used to lock laser frequency and set up an experimental system of laser-pumped rubidium atomic frequency standard. A preliminary frequency stability measurement was carried out, the results of which showed that a short-term frequency stability of 1.2× 10-11τ-1/2 was achieved. By analyzing the results, we proposed some approaches to improve the performance of the frequency standard.%采用饱和吸收偏振稳频半导体激光器,建立了激光抽运铷频标实验系统.实现了该系统的闭环锁定.进行了频率稳定度的初步测试,短期稳定度为1.2×10-11τ-1/2.对测试结果进行了分析,并提出了相应的改进措施.【期刊名称】《波谱学杂志》【年(卷),期】2011(028)001【总页数】6页(P109-114)【关键词】铷原子频标;外腔半导体激光器;激光稳频;频率稳定度【作者】宁小玲;康松柏;赵峰;钟达;梅刚华【作者单位】中国科学院原子频标重点实验室(武汉物理与数学研究所),湖北武汉430071;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院原子频标重点实验室(武汉物理与数学研究所),湖北武汉430071;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院原子频标重点实验室(武汉物理与数学研究所),湖北武汉430071;中国科学院原子频标重点实验室(武汉物理与数学研究所),湖北武汉430071;中国科学院原子频标重点实验室(武汉物理与数学研究所),湖北武汉430071【正文语种】中文【中图分类】O455.1引言铷原子频标以其体积小、功耗低、可靠性高[1]等特点而被广泛应用于定位导航、时间同步、同步通讯等领域. 传统铷原子频标采用无极放电灯作为抽运光源，光功率谱密度低，抽运效率受到限制，使得物理系统原子利用率只有千分之几. 因此，传统铷原子频标的短期稳定度被限制在1×10-12 τ-1/2左右[2]. 激光具有光谱纯、线宽窄、功率谱密度大的特点，利用半导体激光器替代传统铷频标中的无极放电灯作为抽运光源，可以有效提高物理系统原子利用率，从而使铷频标的稳定度指标得到改进. 目前实验上已经实现的激光抽运铷频标， 87Rb原子抽运效率达到41.3%[3]，短期稳定度达到3×10-13 τ-1/2 [4].本文在传统铷频标基础上，用一台稳频外腔式半导体激光器(ECDL)替代光谱灯作为抽运光，搭建了一套激光抽运铷频标实验系统，进行了实验测试及分析.1 实验原理与装置实验装置如图1所示. 实验采用的激光器为Optoquantum 公司生产的Hawkeye780型外腔半导体激光器，激光波长约为780 nm，线宽<500 kHz. 激光束由偏振分光镜PBS1分为2束，光束A进入激光稳频系统，用于激光稳频，光束B进入铷钟腔泡系统，对原子进行抽运. 激光稳频采用饱和吸收偏振稳频方案[5]. A光束经厚玻片Slide分为一束弱的探测光与一束强的抽运光. 探测光经过λ/2片后，变为偏振面与PBS2的Z主轴成45°夹角的线偏振光，再穿过充有天然铷的饱和吸收泡，经PBS2分束后，由光电池D1与D2探测. 抽运光通过λ/4片后变为圆偏振光，经45°M与90°M的反射，沿探测光反方向进入饱和吸收泡. 由于圆偏振抽运光σ+(或σ-)仅能诱导Δm=1(或Δm=-1)的原子跃迁，导致原子基态的子能级布局不均匀，等效于相对角动量取向各向异性，类似于法拉第效应，使线偏振探测光通过吸收泡时发生双折射，偏振面发生微小转动[6]， D1与D2探测到的两路信号将有微小差异. 两信号经过差分后送入激光稳频电路，通过处理得到直流纠偏电压，并反馈到激光器压电陶瓷PZT上，将激光频率锁定在87Rb 原子饱和吸收峰的中心频率上.图1 实验装置图Fig.1 The set-up diagram of experiment铷钟的工作过程为，稳频激光输出的B光束经过凸透镜L1与L2扩展为Φ8 mm 的平行光束，射入充有87Rb蒸汽原子及缓冲气体的吸收泡，将87Rb原子从基态的F=1抽运到F=2上，形成粒子数反转. 压控晶体振荡器VCXO输出10 MHz 信号，该信号经倍频、综合和调制后，输出约6 834.68 MHz的受调微波信号，激励铷原子基态的(0， 0)跃迁，光电池D3将探测到交流鉴频信号. 该信号经相敏检波及放大后，转变为一定极性的直流纠偏电压，反馈到VCXO压控端，将其频率锁定在原子谱线中心频率上.2 实验结果激光稳频采用规格为Φ20 mm×100 mm的饱和吸收泡. 无抽运光时，旋转λ/2片使PBS2分束的2路光光强相等. 图2是87Rb原子D2线b线的饱和吸收谱. 激光频率稳定在F=1→F′=CO 0-1的饱和吸收峰上，吸收峰的半高宽约为25 MHz，激光稳定后的波长为780.232 nm.图2 87Rb原子D2线b线的饱和吸收谱Fig.2 87Rb saturated absorption spectrum of line b in D2该铷频标直接采用本实验室现有的电路模块. 物理系统由稳频激光器和腔泡系统构成. 该腔泡系统采用本实验室研制的开槽管式微波腔[7]，腔的有载Q值约为400. 吸收泡外径为14 mm，内部充有同位素87Rb，工作温度为68 ℃. 腔内馈入的微波功率约为-25 dBm. C场电流为3 mA，在腔内约产生0.03 mT的平均磁场，背景光强约为50 μW/cm2. 通过调试与参数优化，实现了铷频标的闭环锁定. 初步测量了频标的稳定度指标，如图3所示. 100 s以下的短期稳定度为1.2×10-11 τ-1/2.图3 激光抽运铷频标稳定度Fig.3 Frequency stability of laser-pumped 87Rb frequency standard3 结果分析与讨论铷频标的频率稳定度(Allan方差)与其噪声功率谱密度Sy(f)的关系为[2， 8]：(1)(1)式中fm为微波的调制频率. 设铷频标的噪声为散弹噪声，推出铷频标的短期稳定度为[2， 8]：(2)(2)式中为散弹噪声， q为电子电量， Ibg为背景光电流，νRb为铷钟的跃迁频率(6.834 GHz)， D为鉴频斜率. 实验测得散弹噪声约为3 鉴频斜率D为0.85nA/Hz. 将上述两值带入(2)式，可得到铷频标短期稳定度的理论值为3.5×10-13 τ-1/2.频率稳定度的实测值为1.2×10-11 τ-1/2，远不如理论预测值，这说明系统存在其他更主要的噪声，破坏了稳定度指标. 通过实验分析，我们认为这种噪声主要是激光的幅度噪声.激光的幅度噪声通过光频移来影响频率的稳定度. 根据电磁场的Stark效应理论，在激光光场中，铷钟跃迁频率的频移量ΔνRb为[4]：(3)(3)式中νL为激光频率，ν0为87Rb原子从基态F=1能级到激发态52P3/2能级的跃迁频率，即铷钟的抽运跃迁频率，1/Γ为原子激发态的寿命，ΩR是激光的Rabi频率，激光光强I与|ΩR|2成正比. 由(3)式可知，频移量与激光的光强和频率有关.定义铷钟的跃迁频率随激光光强变化的频移系数α为:(4)由(3)、 (4)式可知，频移系数α与激光频率νL及能级寿命1/Γ有关. 激光频率νL 偏离ν0的失谐量越小，α越小，则激光的幅度噪声通过光频移对铷钟稳定性的影响越小. 在激光幅度噪声的影响下，铷频标输出10 MHz标准频率信号的稳定度可表示为[9]：(5)图4 87Rb原子能级跃迁图 Fig.4 The scheme of 87Rb atomic transtion (5)式中RIN为激光光强在调制频率fm处的相对强度噪声，根据已有文献[7]的测量结果， ECDL激光器在136 Hz处的RIN约在1×10-12 Hz-1量级. 在铷钟锁定时，实验测得光强相对变化量ΔI/I为1%时，铷钟的跃迁频率相对变化量ΔνRb/νRb约为6.5×10-8，带入(5)式算得铷钟的频率稳定度为4.6×10-12τ-1/2. 频移系数α偏大是造成上述稳定度值较大的主要原因. 引起频移系数α偏大的原因有多种. 首先，激光的锁定频率νL偏离ν0的失谐量较大，使频移系数α较大. 图4给出了激光锁定频率νL与铷钟抽运跃迁频率ν0对应的87Rb原子能级跃迁，由图可知，二者之间的失谐量约为266.1 MHz. 考虑到吸收泡内缓冲气体会造成ν0一定程度上的压力频移，该失谐量会发生改变，但变化量相对较小. 其次，由于激光光谱线性与谱灯光谱线性存在很大的差异，而吸收泡内的缓冲气体种类、配比及气压是针对减小谱灯抽运引起的光频移设计的，直接将其应用于激光抽运铷频标中，会使频移量对光强的变化较敏感[4].综上所述，对于本实验的铷频标系统，激光幅度噪声是影响其短期稳定度的主要原因，其短期稳定度被限制在4.6×10-12τ-1/2. 该结果与实验结果仍然存在差异，这是由于实验光路较长，系统抗震性较差，外界震动容易通过光路及稳频电路破坏激光幅度及频率的稳定性，造成实际激光幅度噪声与频率噪声比上文引用的典型值要大，从而影响铷钟的稳定性. 优化光路，加强系统机械结构的稳定性，能将该激光抽运铷频标的稳定度提高到10-12τ-1/2量级. 除此之外，激光的频率噪声也会通过光频移影响铷钟频率的稳定度.由(5)式可知，减小频移系数α，能有效提高铷钟的短期稳定度. 因此，采取以下几种措施可降低光频移的影响. (1)运用声光调制器AOM调节激光频率，减小激光频率与ν0之间的失谐量，从而减小光强的频移系数α. (2)适当调整吸收泡内缓冲气体气压，利用压力频移来减小激光频率与ν0之间的失谐量，以减小频移系数α [4]. (3)改用DAVLL激光稳频方案，理论上能将激光频率锁定在原子多普勒吸收峰上的任何一点，可自由调整激光锁定频率，从而减小光强的频移系数α. (4)针对激光抽运优化吸收泡内缓冲气体种类及配比，以减小频移系数α. 除此之外，改进激光稳频方案、减短光路、防止空气流动，均能减小外界震动引起的激光幅度及频率噪声，从而减小二者通过光频移对铷钟频率稳定度的影响.4 结论采用了饱和吸收偏振稳频法，将激光频率稳定在87Rb原子D2线b线的F=1→F′=CO 0-1饱和吸收峰上. 基于传统的铷频标系统，利用稳频激光器代替传统谱灯作为抽运光，搭建了激光抽运铷频标实验系统，实现了闭环锁定. 初步测量该系统的短期稳定度为1.2×10-11 τ-1/2，与理论预计值3.5×10-13 τ-1/2尚存在较大差异. 对此分析了引起短稳指标变差的原因，并提出了相应的改进措施. 相信通过进一步的参数优化，能将激光抽运铷频标的短期稳定度指标不断提高，以至最终接近理论预期值.参考文献:【相关文献】[1] Wang Yi-qiu(王义遒), Wang Qing-ji(王庆吉), Fu Ji-shi(傅济时)， et al. The Theory of Frequency Standards (量子频标原理)[M] . Beijing(北京): Science Press(科学出版社), 1986. 366-395.[2] Mileti G, Deng J Q, Walls F L, et al. Recent progress in laser-pumped rubidium gas cell frequency standards[C]. International frequency control symposium, IEEE, 1996.[3] Besedina A, Gevirkyan A, Zholnerov V. The efficiency investigation of 87Rb atomic beam laser pumping for designing a quantum discriminator for high-performance space-borne atomic beam frequency standard[C]. France: Proc of the 19th EFTF, Besancon, 2005. 324-330.[4] Deng J Q, Mileti G, Jennings D A. Improving the short term stability of laser pumped Rb clock by reducing the effects of the interrogation oscillator[C]. International frequency control symposium, IEEE, 1997. 438-445.[5] Xu Ke-zun(徐克尊). The Advanced of atomic and molecule Physics(高等原子分子物理学)[M]. Beijing(北京): Science Press(科学出版社), 2006. 275.[6] Pearman C P, Adams C S, Cox S G, et al. Polarization spectroscopy of a closed atomic transition: applications to laser frequency locking[J]. J Phys B: At Mol Opt Phys, 2002, 35: 5 141-5 151.[7] Mei G H, Zhong D, An S F, et al. 2001 Miniaturized microwave caviey for atomic frequency patend No.6 225 870 B1[C]. 2001.[8] Mileti G, Thomann P. Study of the S/N performance of passive atomic clocks using a laser pumped vapor[C]. Proc 9th European Frequency and Time Fortum, 1995. 271-276.[9] Vanier J, Mandache C. The passive optically pumped Rb frequency standard: the laser approach[J]. Appl Phys B, 2007, 87: 565-593.。

铯原子钟频率引言铯原子钟是一种精准的时间测量装置，利用铯原子的电磁辐射特性来产生稳定的频率。

铯原子钟的频率非常准确，可以达到每秒约9,192,631,770次振荡。

这种高精度的频率可以用来测量时间、导航系统和科学研究等领域。

本文将介绍铯原子钟频率的基本原理、工作方式以及其在现代科技中的应用。

基本原理铯原子钟基于铯-133同位素的电磁辐射特性来产生稳定的频率。

在一个光学腔中，通过激光束对铯-133原子进行激发，使其从基态跃迁到激发态。

然后，通过检测铯-133原子从激发态返回到基态时释放出的微波辐射来计算时间。

具体而言，在光学腔中，使用一个窄带宽和高稳定性的激光束对铯-133原子进行激发。

这个激光束具有与铯-133原子跃迁能级之间能量差相匹配的频率。

当激光束与铯-133原子发生共振时，原子从基态跃迁到激发态。

然后，通过微波辐射来激发铯-133原子从激发态返回到基态。

通过测量从激发态返回到基态的微波辐射的频率，可以计算出时间。

由于铯-133原子的电磁辐射特性非常稳定，因此铯原子钟的频率也非常准确。

工作方式铯原子钟主要由以下几个部分组成：光学腔、激光器、微波源和频率计。

1.光学腔：光学腔是一个封闭的空间，内部有高反射率的镜面。

它用于存储和增强激光束与铯-133原子之间的相互作用。

2.激光器：激光器产生一个窄带宽和高稳定性的激光束。

这个激光束经过调谐以匹配铯-133原子跃迁能级之间的能量差。

3.微波源：微波源产生一个特定频率的微波辐射。

这个微波辐射用于将铯-133原子从激发态返回到基态。

4.频率计：频率计用于测量从激发态返回到基态的微波辐射的频率。

根据这个频率，可以计算出时间。

整个系统通过精确控制激光束、微波辐射和频率计来实现高精度的时间测量。

应用领域铯原子钟在现代科技中有广泛的应用。

以下是一些主要的应用领域：1.时间测量：铯原子钟是目前最准确的时间测量装置之一。

它被广泛应用于卫星导航系统、通信网络以及科学实验室中的时间同步等领域。

专利名称：原子法拉第效应鉴频和稳频的激光多普勒测速仪专利类型：实用新型专利
发明人：龚顺生,李发泉,程学武,戴阳,王嘉珉
申请号：CN02290618.5
申请日：20021225
公开号：CN2591643Y
公开日：
20031210
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种原子法拉第效应鉴频和稳频的激光多普勒测速仪。

该测速仪由原子光反馈稳频半导体激光器、散射回波光接收检测器和信号处理器组成，特征是半导体激光器的稳频和散射回波光的鉴频均采用原子法拉第效应器件，使两者的频率都建立在同样准确和稳定的原子谱线跃迁基准上。

同时，采用了比例检测的方法来测量散射回波光的多普勒频移，消除了散射回波光强度变化所带来的误差。

因此，本实用新型性能稳定，测量精度高，基本不受震动、温度、气压等外界条件的影响，且测量精度和测量范围可调。

本实用新型制造容易，使用方便，既能测量有形物体的速度，又能测量无形物体的速度。

申请人：中国科学院武汉物理与数学研究所
地址：430071 湖北省武汉市武昌区小洪山
国籍：CN
代理机构：武汉科宏专利事务所
代理人：王敏锋
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铯-133原子基态的超精细能级跃迁频率
铯-133原子基态的超精细能级跃迁频率
《铯-133原子基态的超精细能级跃迁频率》
近年来，随着科技的发展，人们对量子物理学的研究也越来越深入，
研究人员发现了铯-133原子的超精细能级跃迁频率，并对其特性进行
了研究。

铯-133原子的超精细能级跃迁频率，是指在原子基态中由能级跃迁而
产生的精细结构，它是量子力学中重要的特性之一。

通过研究发现，
在铯-133原子中，超精细结构的跃迁频率在17.6GHz到18.2GHz之间。

研究发现，在铯-133原子中，超精细结构的跃迁频率可以用来实现高
精度的原子钟，以及超精确的晶体激光器，可以用来提高计算机和通
讯技术的精度。

此外，超精细结构的跃迁频率还可以用来研究光学领
域中复杂的物理现象，如量子光学、量子信息处理和量子计算等等。

因此，铯-133原子的超精细能级跃迁频率不仅对科学研究具有重要意义，而且对工程应用也有重要的影响。

研究发现，超精细能级跃迁频
率在精确测量和高精度控制中具有重要的应用价值。

数字频率调制和数字伺服在激光抽运小型铯束管频率标准装置
中的应用
王超;郑华芳
【期刊名称】《宇航计测技术》
【年(卷),期】2004(024)001
【摘要】简要介绍了数字频率调制和数字伺服在国产激光抽运小型铯束管频率标准装置中的应用,包括实现方法、硬件框图、软件流程,及其在应用中的一些特点.为下一阶段工作打下基础.
【总页数】5页(P29-33)
【作者】王超;郑华芳
【作者单位】航天科工集团二院二○三所,北京,100854;航天科工集团二院二○三所,北京,100854
【正文语种】中文
【中图分类】TM935.11
【相关文献】
1.数字调频及数字伺服在光抽运铯束频标中的应用 [J], 杨东海;王凤芝
2.光抽运小铯束频率标准中光频移的测量 [J], 张军海;王凤芝;王义遒;杨东海
3.直接数字频率合成器在通信调制器中的应用 [J], 邹涛;张翠;田新广;张尔扬
4.光抽运铯束频率标准中散射光光频移的测量 [J], 张军海
5.采用铯束管荧光稳频技术的小型光抽运铯原子频率标准 [J], 赵杏文; 陈海军; 杨林; 韦强; 李东旭; 李宇奥
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数字调频铯束频标中微波功率对频标准确度的影响
陈景标;刘革;王凤芝;杨东海
【期刊名称】《计量学报》
【年(卷),期】1998(19)4
【摘要】北京大学实验室实现了光抽运铯束频标数字微波调频及数字伺服锁定。

频率秒级稳定度达到１１×１０－１１。

实验中发现微波双频功率的不平衡对频标准确度影响很大。

本文报告了实验结果，并给出了理论解释和计算。

计算结果与实验数据符合得很好。

【总页数】5页(P299-303)
【关键词】铯束频标;数字调频;微波功率;频率准确度
【作者】陈景标;刘革;王凤芝;杨东海
【作者单位】北京大学电子学系
【正文语种】中文
【中图分类】TB939
【相关文献】
1.小型光抽运铯束频标在不同抽运-检测机制下的光频移 [J], 陈景标;杨东海
2.数字调频及数字伺服在光抽运铯束频标中的应用 [J], 杨东海;王凤芝
3.铯原子束频标中的Majorana跃迁频移 [J], 李恩显
4.斜入射激光抽运铯束频标中的光频移 [J], 陈景标;朱程锦;王凤芝;杨东海;王义遒
5.铯原子喷泉频标中的辐射频移及其对频标准确度的影响 [J], 高卫;刘海峰
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磁选态铯原子频率标准技术研制进展
王骥;黄良育;陈江;马沛;刘志栋;郭磊;成大鹏;马寅光;董鹏玲;崔敬忠;张照瑞
【期刊名称】《时间频率学报》
【年(卷),期】2022(45)1
【摘要】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。

【总页数】11页(P15-25)
【关键词】铯原子频率标准;磁选态;守时型原子钟
【作者】王骥;黄良育;陈江;马沛;刘志栋;郭磊;成大鹏;马寅光;董鹏玲;崔敬忠;张照瑞【作者单位】兰州空间技术物理研究所;真空技术与物理重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.NIM铯原子喷泉钟微波频率综合器的研制
2.铯原子喷泉钟低噪声频率综合器的研制
3.采用铯束管荧光稳频技术的小型光抽运铯原子频率标准
4.小型磁选态铯原子钟产品化进展
5.我国锶原子光钟关键技术研究取得进展“高准确度原子光学频率标准仪的研制与开发”课题通过验收
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