CPT原子钟原子泡测试系统研制
发布时间：2017-08-24 03:47
本文关键词：CPT原子钟原子泡测试系统研制
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【摘要】：时间标准是万物运动和变化的标尺。原子钟是目前世界上人类发明的最准确的计时工具,为人类生活提供了巨大便利。原子钟利用本地振荡器去锁定原子超精细能级,从而得到准确性和稳定度非常高的频率基准。传统原子钟由于体积和功耗过大,阻碍了其广泛使用。因此,微型化及低功耗的原子钟便呈现出广阔的应用前景,具有越来越重要的现实意义。相较于传统原子钟,采用相干布居囚禁(Coherent Population Trapping,CPT)原理的原子钟不再需要微波谐振腔,尺寸上也就不受制于辐射场的波长限制,因而具有理想的微型化和集成化潜力,相应的功耗也将大大降低。CPT原子钟的原子泡可分为玻璃泡和MEMS泡,原子泡在原子钟整个系统中起决定性作用。如何快速检测物理泡的好坏已成为原子钟研制过程中至关重要的一个环节。本论文旨在搭建一套快速、简单、有效的CPT原子钟原子泡测试系统,采用这套系统可以快速有效地检测原子钟物理泡的功能与性能。该测试系统主要包括温控模块、VCSEL激光器、原子泡、支架、光电探测器等,所用到的测试电路主要包括物理封装加热电路、激光器扫频电路、光电检测电路。目前各部分电路已设计完成,满足测试要求。采用该套测试系统可以简单快捷地检测出原子泡的吸收峰,为比较原子泡的功能和性能提供了很大便利,对于后期原子钟的研制工作具有重要意义。本文从CPT原子钟的构造和工作原理入手,介绍了CPT原子钟测试系统的搭建,测试电路的实现以及整体工作情况。对于一级闭环所用到的温控伺服环路和激光器电流伺服环路的设计进行介绍。介绍了CPT原子钟物理泡的两种不同制备方法:传统吹玻璃方式、MEMS工艺。最后基于之前搭建的测试系统,对制备成功的玻璃泡和MEMS泡进行测试,改变测试条件,分析测试结果,得出结论。
【关键词】：相干布居囚禁 原子泡 测试系统 伺服环路 吸收峰
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM935.115
【目录】：
- 中文摘要4-5
- Abstract5-9
- 第一章 绪论9-12
- 1.1 引言9
- 1.2 课题的背景和意义9-11
- 1.3 本论文的研究内容和主要工作11
- 1.4 论文的章节结构11-12
- 第二章 原子钟的构造与工作原理12-20
- 2.1 原子钟的介绍12-16
- 2.1.1 原子钟发展简述12-13
- 2.1.2 芯片级原子钟系统框架13-16
- 2.2 CPT原子钟实现方案16-18
- 2.2.1 铷/铯碱金属比较16
- 2.2.2 碱金属D1/D2 线比较16-18
- 2.3 CPT原子钟工作原理18-19
- 2.3.1 相干光束18
- 2.3.2 接收检测18-19
- 2.4 小结19-20
- 第三章CPT原子钟测试系统搭建20-31
- 3.1 原子钟实验系统搭建20-26
- 3.1.1 VCSEL激光器20-23
- 3.1.2 1/4 玻片23
- 3.1.3 原子泡23-24
- 3.1.4 支架24-25
- 3.1.5 光电探测器25-26
- 3.2 原子钟测试电路设计26-30
- 3.2.1 物理封装加热电路设计26-27
- 3.2.2 激光器扫频电路设计27-28
- 3.2.3 光电检测电路设计28-29
- 3.2.4 各部分电路PCB设计29-30
- 3.3 原子钟测试系统整体介绍30-31
- 第四章CPT原子钟伺服环路设计31-37
- 4.1 温控伺服环路设计31-35
- 4.2 激光器电流伺服环路设计35-37
- 第五章 CPT原子钟物理泡测试37-50
- 5.1 测试环境37
- 5.2 测试对象37-39
- 5.3 玻璃泡测试39-41
- 5.4 MEMS泡测试41-45
- 5.4.1 实验装置与测试环境41-42
- 5.4.2 测试过程与实验结果42-45
- 5.5 加RF调制后的铯原子吸收峰45-49
- 5.6 小结49-50
- 第六章 总结与展望50-51
- 6.1 总结50
- 6.2 展望50-51
- 参考文献51-55
- 参与科研项目、发表论文、专利以及获奖情况55-56
- 致谢56-57
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1 邱毅;曹振中;袁晓铭;徐进;;唐山地区可液化场地标准CPT指标及其与剪切波速的关系[J];地震工程与工程振动;2010年02期
2 邱实;张军海;;从CPT原子钟到光钟[J];中国科学院上海天文台年刊;2007年00期
3 ;武汉物数所CPT原子钟研究取得新进展[J];中国西部科技;2008年21期
4 靳力;w，
本文编号：729040
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