脉冲光抽运铷原子钟C场电流源分析设计

发布时间：2025-05-15 07:08

　　 脉冲光抽运铷原子钟的稳定度会受到多种因素的影响,其中磁场就是重要的影响因素之一。分析了C场电流对脉冲光抽运铷原子钟稳定度的影响,利用差动放大器为核心设计研制了新型C场电流源。测试表明,电流源1 Hz和10 Hz处的噪声分别为3nA/Hz^1/2和1.5nA/Hz^1/2,电流相对起伏为2×10^-5,温度漂移为5ppm/℃。它产生的C场对脉冲光抽运铷原子钟1s处稳定度的影响小于7×10^-16,1ks处的影响小于1×10^-16,10ks处的影响小于5.3×10^-17。结果表明,该电流源的噪声、相对起伏和温度漂移等性能满足脉冲光抽运铷原子钟要求。

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【部分图文】：

图１ＰＯＰ铷原子钟的腔泡系统及Ｃ场

］Ｂ＝Ｂ０＋Ｂｒ＋Ｂｓ，（２）式（２）中，Ｂ０是由通电螺线管产生，即Ｃ场，它的稳定性直接由Ｃ场电流决定。Ｂｒ为剩余地磁场，Ｂｓ是磁屏蔽材料自身的剩磁。在工程化研制中，采用特殊设计和材料，Ｂｒ和Ｂｓ对ＰＯＰ铷原子钟稳定度的影响在１０－１６量级。因此，本文只考虑Ｃ场对ＰＯＰ铷原子钟的....

图２以差动放大器为核心的电流源

和宽分别为６．３４ｃｍ和３．８６ｃｍ，左侧的ＤＢ９接口是上位机用来设定电流值的大小。图２以差动放大器为核心的电流源图３Ｃ场电流源实物照片理论上，图２所示电路输出电流Ｉ０可表示为Ｉ０＝Ｖｒｅｆ（Ｒｆ２／Ｒｇ２＋Ｒｆ１／Ｒｇ１·Ｒｆ２／Ｒｇ２）Ｒｆ（１＋Ｒｆ２／Ｒｇ２）＋Ｒｌｏａｄ（....

图３Ｃ场电流源实物照片

和宽分别为６．３４ｃｍ和３．８６ｃｍ，左侧的ＤＢ９接口是上位机用来设定电流值的大小。图２以差动放大器为核心的电流源图３Ｃ场电流源实物照片理论上，图２所示电路输出电流Ｉ０可表示为Ｉ０＝Ｖｒｅｆ（Ｒｆ２／Ｒｇ２＋Ｒｆ１／Ｒｇ１·Ｒｆ２／Ｒｇ２）Ｒｆ（１＋Ｒｆ２／Ｒｇ２）＋Ｒｌｏａｄ（....

图４电流噪声谱测试原理框图

３实验测试分析实验中，ＰＯＰ铷原子钟所需的Ｃ场强度Ｂ０约为２μΤ，Ｃ场线圈的磁场电流系数约为２μΤ／ｍＡ，因此以下测试均将Ｃ场电流源的输出电流大小设为１ｍＡ，这样Ｃ场对原子钟稳定度的影响系数（２Ｋ０ｋ２Ｉ０／ｖ０）约为６．７３×１０－１１。用动态信号分析仪（ＳＲ７８５，Ｓｔａｎｆ....

本文编号：4046436