论文摘要
基于87Rb的CPT-maser原子频标,是在传统原子钟技术的基础上,基于近年来国际上关于相干布居囚禁（Coherent Population Trapping）的研究进展,提出的一个探索性的课题,具备结构简单,体积小,频率稳定度高等特点。目前,国际上对于CPT原子钟的研究尚属于起步阶段。由于CPT-maser星载钟方案在重量、功耗、使用寿命等方面具有优势,因此被指定为伽利略计划下一代星载用钟。本文主要论述了“新一代星载原子钟CPT-maser试验装置”的相关电子系统的设计与测试,主要包含微波谐振腔设计与性能参数测试、半导体外腔激光器电子稳频系统和基于PLL的的噪声倍频器三个方面。在CPT-maser星载钟实验装置的研究中,我们根据实际需要,设计了以金属铝为材料的TE011模式圆柱形谐振腔,并设计实验方案对其相关的谐振频率、品质因数等性能参数进行测试。测试结果表明,其腔长与谐振频率的关系符合理论计算,品质因数在2500到3200之间,基本满足实验要求,但还具有较大改进空间;半导体外腔激光器稳频对于CPT-maser星载钟非常重要,是获取稳定CPT激励的基础,我们一方面设计了精密恒温控制电路将温度控制在±0.01℃的范围,以减少温度对于激光器输出频率的影响,另一方面设计了基于Lock in技术的主动稳频电子系统,通过对于激光器电流控制和改变PZT的长度锁定激光器的输出频率;倍频器是频率链路的主要部分之一,其噪声对整个原子频标性能有较大影响,通过对锁相环各个部分的噪声所产生的影响进行分析,采取了一定的噪声优化方法,实现了基于锁相环技术从10MHz到100MHz的低噪声倍频器,从而得到了更为稳定的频率输出。目前,国内的研究机构主要集中研究的仍然是传统的原子钟,个别单位在有关部门的资助下开展了CPT被动型原子钟的研究工作,但基于CPT-maser技术的原子钟研究在国内其他单位尚没有开展。本论文主要内容均为“新一代星载原子钟CPT-maser试验装置”研究的重要组成部分,并取得了阶段性进展。为研制基于相干布居囚禁脉泽原子钟工程样机奠定坚实的理论和实验基础。