CPT原子频标数字电路算法及其实现

论文摘要

被动型CPT(Coherent Population Trapping,相干布居囚禁)铷原子频标(简称CPT原子频标)是利用相干布居囚禁原理实现的一种新型原子频标,也是目前从原理上唯一可实现微型化的原子频标,其体积、功耗比目前体积、功耗最小的光抽运铷原子频标还要小得多。最小的CPT原子频标可为手表尺寸,用纽扣电池供电。由于这些特点,CPT原子频标在远程通讯系统定时、大范围通讯网络同步、武器装备的便携化等军、民用方面具有很好的应用前景。要实现CPT原子频标整机,要从CPT原子频标物理系统和电子学系统两个方面进行设计和研究。本文主要对CPT原子频标的电子学系统的相关原理和电路进行研究。本文第一章介绍了时间标准的发展历史,原子频标的出现及其发展,原子频标的分类和CPT原子频标的发展现状。第二章详细讲述了CPT原子频标的物理系统工作原理和我们团队最近实现的CPT原子频标方案。第三章对CPT原子频标电路中的两个环路(激光基频稳频环路和微波频率稳频环路)做了MATLAB仿真,明确了电路参数的选择办法,提出并研究了一种较优的环路反馈算法。第四章首先讲述了数字相敏检波,数字正交解调等软件无线电基本原理,然后详细介绍了CPT原子频标中数字正交解调的实现方法,通过仿真证实此实现方法的可行性,将其应用到CPT原子频标整机得到正面应用结果。第五章从原理上简要分析了VCSEL输出激光的偏振特性及其对CPT原子频标的影响,并研究了我们团队所使用的VCSEL输出激光的偏振特性,结果证明了我们设计的一种新物理系统方案的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 时间标准的发展
• 1.2 原子频标的发展
• 1.3 原子频标的分类
• 1.4 被动型CPT 原子频标及其发展现状
• 2 CPT 原子频标工作原理
• 2.1 CPT 原子频标物理系统工作原理
• 2.2 本团队CPT 原子频标整机方案的基本工作原理
• 2.3 CPT 原子频标整机电路
• 2.4 小结
• 3 系统建模及仿真
• 3.1 激光基频锁频环路仿真分析
• 3.2 微波环路仿真
• 3.3 小结
• 4 数字正交解调
• 4.1 数字相敏检波原理
• 4.2 正交变换原理
• 4.3 数字正交解调原理
• 4.4 数字正交解调的实现方法比较
• 4.5 正交解调的模块化实现
• 4.6 仿真结果
• 4.7 应用
• 4.8 小结
• 5 VCSEL 激光偏振研究
• 5.1 一般物理系统
• 5.2 一般物理系统存在的问题
• 5.3 我们使用的VCSEL 输出光偏振研究
• 5.4 小结
• 6 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 下一步展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 硕士期间完成论文和专利
• 附录2 阶梯式反馈的MATLAB 程序