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我国新型铷原子钟核心指标取得新突破,稳定度刷新国际纪录

发布日期:2024-01-15     250 次

测得 9.0×10-14τ-1/2(1s~100s)的短期频率稳定度测量结果。这是铷原子钟频率稳定度指标首次进入 10-14τ-1/2 量级。相关论文近日为国际权威期刊《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》上发表,并在 IEEE 官方网站先期刊出。

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频率稳定度是原子钟的核心指标。为了进一步改善铷原子钟的频率稳定度,研究人员从提高原子信号信噪比、降低探寻微波的相位噪声和抑制原子体系的环境敏感性三方面入手。物理系统设计采用了具有自主知识产权的开槽管微波腔、内径为 40 mm 的大尺寸铷气泡、高光谱纯度抽运光源和双重滤光等新技术,将原子信号信噪比决定的频率稳定度提升到 4.7×10-14τ-1/2 水平。设计了一款低相噪频率综合器,将电路噪声对铷钟稳定度的影响控制在 6.0×10-14τ-1/2 水平。

研究人员还利用密封箱实现物理系统与大气环境的隔离,将大气环境气压波动对铷钟稳定度的影响减小了一个数量级。基于以上技术,研制出新型铷原子钟原理样机。

铷原子钟是目前市场占有率最高的原子钟,广泛用于卫星导航、通信、电力、金融等国防和经济领域。商用小型化铷钟频率稳定度多在 10-11τ-1/2 到 10-12τ-1/2 水平。梅刚华团队的此项结果创造了铷钟频率稳定度新的国际纪录,而此前的国际纪录也是由该团队保持,为我国北斗卫星导航系统研制的第三代星载铷原子钟,频率稳定度为 7.0×10-13τ-1/2,是国际首款稳定度为 10-13τ-1/2 量级的铷原子钟。

此次技术突破,进一步扩大了我国铷原子钟技术的领先优势,对于发展高品质微波振荡器技术、研制新一代北斗系统星载原子钟具有重要意义。


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