量子频标重要相位现象的探索

论文摘要

随着应用场景的不断扩大,作为时间频率测量基准的原子钟被要求具有更高的频率稳定度指标。对比不同频率源的频率稳定度特性并从噪声角度分析发现,原子钟的频率稳定度变化规律与其线路部分的处理方式是相关的。主动型原子钟的线路部分采用了锁相处理的方式,在处理过程中仅引入调相白噪声,使得频率稳定度呈现1t的变化规律。然而,由于对信号间精密相位关系认识的不足,传统的被动型原子钟的线路部分仍采用锁频处理。相较于锁相处理,锁频处理过程会引入调频白噪声,从而导致频率稳定度指标有所变差,呈现1t的变换规律。本文旨在探究被动型原子钟中的重要相位现象,找出提高频率稳定度指标的方式。本文将应用最为广泛的被动型铷原子钟作为主要的研究对象。通过对被动型铷原子钟的微波激励信号、鉴频曲线以及光检测输出信号间相位关系的深入研究发现,被动型铷原子钟的微波激励信号由于低频调制的原因,原子能级跃迁最大概率点会间隔性的出现。且携带微小频差的微波激励信号会引起原子能级跃迁最大概率点发生左右偏移,即实际与理想的原子能级跃迁最大概率点之间存在一个微小的时间偏差△t。研究发现时间差△t与微波激励信号携带的频差值存在一定的转换关系。不同于被动型铷原子钟传统频差的获取,通过时间差△t获取到的频差为点对点的频差,是能够获得信号的相位变化信息的。借助于虚拟重建技术本文建立了频差与相位差间的数学模型。并通过研究发现实际的原子能级跃迁最大概率点为光检测输出信号的最低点,而理想的原子能级跃迁最大概率点恰好对应的是低频调制信号的过零点。因此,结合频差与相位差间的数学模型,本文设计出了一种开环的被动型铷原子钟的数字相位处理方案并进行了实验验证。借助于高精度的数字化技术,对低频调制信号与光检测输出信号进行连续无间隔采样。找出每一个低频调制零点以及对应的光检测输出最低点,计算出两者的时间差值△t与瞬时频差值,从而恢复出间隔连续的相位差信息,最终了实现被动型铷原子钟的相位处理。实验结果表明,相较于传统的锁频处理,被动型铷原子钟的数字化相位处理得到的频率稳定度指标被提高了将近一个量级,秒级频率稳定度为.462×10-12,且短期频率稳定度的规律相较于（?）有所改善。这种针对频率稳定度的改善方式不仅对被动型原子钟的改进具有重要的指导意义,也对未来高精度的时频测量系统的发展指明了可行方向。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 惠月红

导师: 白丽娜,陈耀明

关键词: 量子频标,频率稳定度,数字化,相位处理

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 西安电子科技大学

分类号: O413;O562

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.001385

总页数: 85

文件大小: 4072K

下载量: 16

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