光抽运小铯钟关键光学技术及基于拉比共振的电磁传感器研究

发布时间：2024-10-05 03:39

　　小型铯束原子钟能够被广泛的应用于守时、通讯、电力、卫星导航和军事等领域,根据原子态制备方式的不同,其可以分为磁选态和光抽运两种类型。光抽运小型铯束原子钟（以下简称:光抽运小铯钟）采用光抽运代替磁选态的技术制备和探测原子态,避开了国内磁选态小型铯束原子钟研制的技术瓶颈。实现光抽运小铯钟的国产化能够打破国外的技术垄断,对民生国计具有至关重要的意义。稳频激光器是光抽运小铯钟的重要组成部分,光抽运小铯钟采用激光与原子相互作用的方式来制备和探测原子态,长期锁定的稳频激光器是光抽运小铯钟运行的基础。荧光收集器是完成光学探测的必要元件,是避开国内磁选态小型铯束原子钟研制技术瓶颈的基本功能器件。本论文对这两个关键部件行了研究,设计了一种高效率的荧光收集器和三种应用于光抽运小铯钟的稳频激光器。在论文的最后一部分,结合铯原子能级跃迁的基本理论,应用设计的稳频激光器开展了基于原子拉比共振的微波磁场传感器的研究。获得了以下研究成果:采用仿真计算的方法设计了高效率的荧光收集器。本文比较了三种荧光收集器的结构和工作原理,选用结构简单、收集效率高的实用型荧光收集器作为设计框架,应用射线追踪的仿真方法,设计了高效率的荧...

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1被动型原子钟的基本工作原理

之间的频率差可以表示为：120EEvh=原子处在两个相关能级时的能量，h是普朗克常数。由于和空间位置的变化发生变化，所以原子所处能级的能量差受外界环境的干扰。所以v0本质上是一个常数，它被用能级之间的能量差。子钟工作机制的不同，可以将其分成被动型原子钟和主动型原子钟的....

图1.2小型铯束原子钟的基本结构示意图

热到一定温度时，铯原子从铯炉中喷射出。存在于基态特定能级腔中的微波互相作用，原子发生基态的能级跃迁，发生能级跃迁探测，产生的探测信号被输入原子钟的伺服系统。微波腔中的微英晶振发出的正弦波信号综合倍频而来，伺服系统可以修正石英波信号的频率。这样原子钟就能够产生稳定的频率信号。67....

图1.3磁选态小型铯束原子钟的基本结构

器的位置不在同一个轴线上，它们相邻的位置处都安装有一块腔中能够存储X波段的微波场。选态磁铁A和选态磁铁B都是尺寸相同的圆柱状磁极片，产生的磁感应强度大约为0.5T。多毛细管道构成的准直器，当铯炉被加热到相应的温度时，铯中喷射出来，受两块选态磁铁产生的磁场的影响，铯....

图1.4133Cs原子的能级结构

管道构成的准直器，当铯炉被加热到相应的温出来，受两块选态磁铁产生的磁场的影响，铯原图1.3磁选态小型铯束原子钟的基本结构hematicdiagramofmagneticstate-selectionminiaturized

本文编号：4007496