当前位置: 首页 > 专利查询>江汉大学专利>正文

一种外部场强激励式原子频标仿真系统技术方案

技术编号:13622381 阅读:100 留言:0更新日期:2016-09-01 11:01
本发明专利技术涉及一种外部场强激励式原子频标仿真系统,包括光场激励发生器、滤光模块、温度场激励发生器、磁场激励发生器、共振吸收模块、光强检测模块;所述光场激励发生器连接有光谱灯源,所述光谱灯源的光线穿过透镜后经过滤光模块后到达共振吸收模块;所述共振吸收模块连接有温度场激励发生器和磁场激励发生器,所述共振吸收模块还连接有光强检测模块;本发明专利技术结构简单、设计合理,通过以一种外部激励方式引发原子钟内部相应场强发生变化,在极短时间内评估仿真结果,为本领域开展相应的研发工作提供参考;通过本专利策略的仿真实施,更大的意义在于提出了一种双参数同时改变改善原子钟整机系统性能的方法,并验证了其可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仿真系统领域,尤其涉及一种外部场强激励式原子频标仿真系统
技术介绍
光抽运铷原子频标也是传统的实用型原子频标,尽管其某些性能指标比不上铯和氢原子频标,但是它是应用范围最广、价格最低廉的一种原子频标。其准确度为l0-11,稳定度为10-12量级。小型化是光抽运铷原子频标的发展趋势,目前国内除我所以外,有北京大学、航天部203所等单位积极开展铷原子频标领域的小型化工作。国际上铷原子频标的小型化也有飞速的进展,分米量级的铷原子频标已经商品化。目前,就各行各业的需要,原子频率在以下方面具有突出的应用前景:1.作为时间标准用来计时授时。2.作为频率标准用来计频授频。3.在导航定位卫星中是实现系统工作的基础。4.在数字通信中为各个通信节点提供统一时间。5.用于时间传递,如科学应用、天文台、大学和标准实验室系统内部同步,时间的同步。6.在导弹靶场、卫星跟踪站、核爆侦听站几乎都使用原子钟。7 在天文学、地球物理学、计量学及基础科学研究方面也要广泛地使用原子钟。8.海陆空交通管理。9.减灾预报.如气象、地震、水文、森林火灾等。l0.城市出租车、银行送钞车、外交礼仪车的监护。多年来人们一直在原子频标领域中进行着不断地探索与创新,以求取得更大的突破。对应用面宽广的被动型铷原子频标,人们更是倾注极大的关注。早期,为减小微波功率频移、改善被动型铷频标性能,人们提出了用高分子材料涂层的铷吸收泡代替充缓冲气体的铷吸收泡的想法。在充缓冲气体的铷吸收泡中,由于87Rb原子和缓冲气体分子频繁的碰撞使它被囚禁在吸收泡的一个小区域内。而在整个吸收泡中各处的C场值和抽运光强不一样,所以各处的 87Rb原子0—0跃迁的中心频率有所不同,造成了微波功率频移的存在,这成为影响被动式铷原子频标频率稳定度的一个重要因素。为克服这种频移,1980年A.Ris]ey等人用石蜡作涂层代替缓冲气体,在动态真空系统上测量了铷吸收泡的性能,结果表明微波功率频移减小了100倍,但是Rb原子与石蜡碰撞会产生壁移。1982年H,G.Robinson等人用4O烷涂层的吸收泡得到了线宽仅为IHz的Rb原子的0-0跃迁谱线。1985年R.P.Fruehoh等人在理论上分析了铷吸收泡在不同谐振腔中的线宽。1987年C.Rahman等人又得到了线宽为10Hz的Rb原子O—O跃迁谱线。但是一直到现在为止,尚未见到有关于用涂层泡制成的被动式原子频标长、短稳性能的报导。实验结果表明涂层本身的放气使吸收泡的真空度不断下降,它既产生碰撞频移又使得微波功率频移不断增加。这个因素可能就是为什么到现在为止仍然未见利用涂层泡制成高性能铷原子频标报导的主要原因。近年来,我们提出了体系内优势组合的方案,众所周知,在被动型原子频标中,量子系统提供一个峰点频率稳定,线宽较窄的原子共振吸收线作为频率基准对石英晶体本振的输出信号进行鉴频,进而对本振进行压控,将其输出频率锁到原子共振吸收线的峰点上。因此在一台被动型原子频标体系内,量子系统自身本质上就是一个长稳良好的频率源,而石英晶体振荡器则是另一个被控的频率源。随着石英晶振研究的深入发展,它的短稳越来越好。目前商品晶振的秒级稳定度已达1×10-13/S,而实验室里晶振的秒级稳定度已达7×10-14/S。因此我们完全有可能在一台被动型原子频标体系内进行量子系统与石英晶体本振的优势组合。将量子系统良好的长期频率稳定度与准确度传递给石英晶体本振,而石英晶体本振自身良好的短期稳定度得以保持。从而以一种相对简洁的技术途径得到一台小体积、小功耗、小重量的长短稳兼优的被动型原子频标。此方案设计的样机已经通过了项目测试验收,其结果是令人 满意的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足,提供了一种外部场强激励式原子频标仿真系统,以一种外部激励方式引发原子钟内部相应场强发生变化,在极短时间内评估仿真结果,为本领域开展相应的研发工作提供参考。本专利技术是通过以下技术方案实现:一种外部场强激励式原子频标仿真系统,包括光场激励发生器、滤光模块、温度场激励发生器、磁场激励发生器、共振吸收模块、光强检测模块;所述光场激励发生器连接有光谱灯源,所述光谱灯源的光线穿过透镜后经过滤光模块后到达共振吸收模块;所述共振吸收模块连接有温度场激励发生器和磁场激励发生器,所述共振吸收模块还连接有光强检测模块。进一步地,所述光场激励发生器是一个受控的可调式脉冲激励源,用于激励光谱灯源内的光元素起辉发光,并且可以控制其光强的大小。进一步地,所述滤光模块内含有与光谱灯源内光元素的同位素物质,用于对光谱灯源发出的光进行初次滤光作用。进一步地,所述温度场激励发生器是一个受控的可调式温控源,为共振吸收模块中的元素提供温度场。进一步地,所述磁场激励发生器是一个受控的可调式电流源,电流通过共振吸收模块内的螺旋管线圈产生可调式磁场,为共振吸收模块中的元素进行原子分裂提供C场。进一步地,所述共振吸收模块中含有与光谱灯源中光元素相同的元素物质,与透过滤光模块中的光进行共振作用产生能级跃迁达到吸收作用。进一步地,所述光强检测模块对光场激励发生器、滤光模块、温度场激励发生器、磁场激励发生器和共振吸收模块中的的从左至右光强产生的透光进行多次光电检测。实施原理:第一步:分别改变图1中各场强激励大小,通过光强检测模块同步地记录光电检测数据。得到图2、3、4的检测结果(注意:图2、3、4中横坐标是按照传统原子钟改变射频场大小,而相应改变磁场、光场、温度场激励的效果在各图体现在不同颜色的曲线上)。第二步:找出有足够敏感性的场强激励。具体如下:在三个图中相应的曲线斜率较大处我们可以发现,对于图2的磁场激励曲线斜率较大处的纵坐标值集中在-1.5和+1.5处;对于图3的光场激励曲线斜率较大处的纵坐标值集中在(-1.75至-0.75)和(0.75至1.75)区域;对于图4的温度场激励曲线斜率较大处的纵坐标值集中在(-1.6至-0.6)和(0.75至1.6)区域。以上说明图1中的系统光检测输出对于温度场和光强激励变化敏感、而对磁强激励变化不敏感。于是我们确定光强激励及温度场激励为仿真对象,定义RB1605为光强激励产生的光电检测仿真结果、定义RB1609为温度强激励产生的光电检测仿真结果、定义Y为光强激励减去温度场激励产生的光电检测仿真结果,即Y=RB1605-RB1609。第三步:确定样本区间及激励源变化方向。对于选定的光强激励及温度场激励,我们在上述测试仿真时是相应的大范围改变对应各图中的Z轴激励参数,可以说它反映了可能出现的各种情况。为此我们按照图5选择相应的样本区间:图5中实线部分为最大的样本空间记为L5,虚线部分为其余的小样本区间示意图,它的选择是将L5进行压缩至1/4、1/6、1/12、1/20,分别记为L4、L3、L2、L1。在上述区间中,按照图5选择光场及温度场激励方向,使两者变化方向相反。第四步:建立策略模型,获得移动平均值及漂移阀值。在第二步中我们定义了Y=RB1605-RB1609,在第三步中我们选择一个具体的样本区间(例如L5)并且使RB1605和RB1609采取反方向激励变化,得到的按秒级时间间隔采样的数据曲线如图6所示:在本模型中我们拟对每一组激励采样最近的20个点,即图6中的本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种外部场强激励式原子频标仿真系统,其特征在于:包括光场激励发生器、滤光模块、温度场激励发生器、磁场激励发生器、共振吸收模块、光强检测模块;所述光场激励发生器连接有光谱灯源,所述光谱灯源的光线穿过透镜后经过滤光模块后到达共振吸收模块;所述共振吸收模块连接有温度场激励发生器和磁场激励发生器,所述共振吸收模块还连接有光强检测模块。

【技术特征摘要】
1.一种外部场强激励式原子频标仿真系统,其特征在于:包括光场激励发生器、滤光模块、温度场激励发生器、磁场激励发生器、共振吸收模块、光强检测模块;所述光场激励发生器连接有光谱灯源,所述光谱灯源的光线穿过透镜后经过滤光模块后到达共振吸收模块;所述共振吸收模块连接有温度场激励发生器和磁场激励发生器,所述共振吸收模块还连接有光强检测模块。2.根据权利要求1所述的一种外部场强激励式原子频标仿真系统,其特征在于:所述光场激励发生器是一个受控的可调式脉冲激励源,用于激励光谱灯源内的光元素起辉发光,并且可以控制其光强的大小。3.根据权利要求1所述的一种外部场强激励式原子频标仿真系统,其特征在于:所述滤光模块内含有与光谱灯源内光元素的同位素物质,用于对光谱灯源发出的光进行初次滤光作用。4.根据权利要求1所述的一种外部场强激励...

【专利技术属性】
技术研发人员:雷海东
申请(专利权)人:江汉大学
类型:发明
国别省市:湖北;42

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1