低温度敏感性POP铷钟物理系统研究与实现

With the promotion of global navigation satellite systems, the POP Rb clock has achieved desirable short-term frequency stability. While, the long-term frequency stability is just at 1E-14 level, which is mainly limited by the temperature sensitivity of the physics package. To promote the research on next generation spaceborne atomic clock，the project will design a physics package with magnetron cavity. On the promise of high signal to noise ratio, the temperature sensitivity will be reduced by one order of magnitude through uniforming temperature distribution，improving vacuum adaptability, optimizing temperature coefficient, etc. Finally, a physics package, which could meet the requirement of 1E-15 level POP Rb clock, will be realized.

在卫星导航系统建设需求的推动下，POP铷钟的短期频率稳定度已取得了非常好的结果，但其长期频率稳定度在国际范围内均普遍较差，仅为1E-14水平，主要限制因素是物理系统的温度敏感性。为了推进我国新一代星载原子钟的研制进展，本项目拟设计一种基于磁控管微波腔的POP铷钟物理系统，在保证高信噪比的前提下，通过提高温度均匀性、改善系统真空适应性和优化温度系数等途径，探索降低POP铷钟物理系统温度敏感性的方法。最终目标是将温度效应对长期频率稳定度的影响降低一个量级，率先实现一种满足1E-15量级POP铷钟设计要求的物理系统。

气泡型铷钟在卫星导航、通信等领域有着广泛的应用。对环境温度敏感是限制气泡型原子钟进一步发展的重要问题之一，其中降低物理系统的温度敏感度被认为是解决这一问题的核心。我们设计和实现了一种低温度敏感度的脉冲激光抽运铷原子钟物理系统。腔泡系统采用了磁控管微波腔、N2-Ar混合缓冲气体的铷气室，温度系数最优为2×10-11/℃。同时我们提出了一种开环-闭环控制系统相结合的多级温度控制方案。大气环境下，铷原子气室的温度波动的Hadamard 方差为4 × 10−5 °C（积分时间1天）。同时，我们还实现了脉冲激光抽运铷钟的闭环锁定，Ramsey信号对比度为52%（光吸收探测方案）。整钟的短稳测试结果为2.3 × 10−13τ−1/2 (1 ∼ 100 s)，接近国际最好水平。