磁控管腔和四极态选择器的试验研究及其在小型氢脉泽中的应用

【摘要】：氢原子钟是一种高精度的现代时间和频率标准，在基础理论、导航、和通信 等领域具有重要作用。随着空间和科学技术的发展，小型、易搬运、高性能氢原 子钟的研制势在必行。 本文对磁控管腔进行了试验研究。对磁控管腔的电磁场进行了理论分析并对 其谐振频率和品质因数进行了计算。根据TE011模式电磁场的特点，调整磁控 管腔的尺寸，确定氢原子基态发生跃迁所需要的TE011模式，并把腔的谐振频 率调节到氢原子基态跃迁频率1420.405MHz。 为了进一步减小氢脉泽的整体尺寸，有效利用原子束流，提高氢原子钟性 能，我们设计了四极态选择器，对四极态选择器进行了最佳化设计，磁极内孔 r_0=1mm，长度L_2=59mm，L_3=180mm。四极态选择器与六极态选择器相比更为短 小、选态效率更高。我们对它们进行了比对试验，试验结果表明四极态选择器能 够很好的工作，完全可以代替六极态选择器。 我们用磁控管腔代替电极负载腔，四极态选择器代替六极态选择器，制成了 近40Kg重的被动型小型氢钟，并做了初步的性能测试，被动型小氢钟的频率稳 定度为σ（2，τ）=1.0×10~(-11) τ~(-1/2)（1s＜τ＜5×10~4s）。