为研究半导体激光器锁频系统的环境适应性,所采用的锁频方案是基于饱和吸收光谱的调制解调技术。分析了三种典型的锁频光路方案:消多普勒锁频(DFL)光路,原子气室端面反射锁频(CRL)光路以及反射镜增反锁频(MRL)光路。这三种方案均采用锁定调节模块进行光放大,通过调制解调技术将激光器锁定在饱和吸收峰上。在锁频基础上,利用声光调制器产生激光冷却原子实验中冷却光所需的激光频率。通过改变温度、振动频率和振动幅度等环境参数,测试了三种激光器锁频光路的频率稳定性,并讨论了每种方案的环境耐受性。实验结果表明,DFL方案的温度耐受性和抗振动干扰是最好的,CRL和MRL方案次之,说明DFL方案更适于复杂工作环境。然而,CRL和MRL方案可简化光路、缩小光路尺寸,便于激光单元的小型化和集成化。

通过建立被动型CPT铯原子钟的理论模型, 开展CPT信号与铯原子气室特性参量间关系的仿真分析和研究, 建立铯原子气室设计及分析方法, 得到了被动型CPT铯原子钟最佳设计参数, 直径10 mm、 长度10 mm、 缓冲气体为N2的圆柱形铯原子气室, 最佳工作参数为: 工作温度为320 K、 气体压强值50 Torr。 并经多波长多普勒吸收光谱、 CPT信号锁定及频率稳定度测试等实验, 验证了理论模型的正确性, 为开展高性能芯片级CPT铯原子钟的设计、 参数优化提供了一种研究方法。

研究了一种应用于铷原子频标的磁控管腔,对用于磁控管腔的主要特征和参数计算进行了研究,主要包括磁控管腔的谐振频率、Q值、微波场模式。 研究结果表明磁控管腔的谐振频率可以调谐至6.835 GHz,Q值都能够调至600～1000之间,其微波场谐振模式是典型的TE011 模式,频率 温度系数较小(32.5～35.0 kHz/℃),所设计的磁控管腔能够满足铷原子钟物理部分的设计要求。