芯片级原子钟激光调制及CPT信号解调研究

【摘要】随着电子科学技术的飞速发展，各行各业对原子钟的精度要求越来越高，目前原子钟的研究主要集中在两方面：一方面专注于原子钟的准确度和频率稳定度；另一方面是原子钟的微型化。而芯片级CPT原子种的出现，满足了以上两方面的需求，可以更好的发挥原子钟的便携性。鉴于上述背景，本课题主要研究一种低功耗、小型化的CPT原子钟，该原子钟有望在便携式装备和导航系统中发挥较大用武之地。系统主要包括物理封装、射频模块以及外围控制电路模块三个部分，利用本地振荡器锁定铯原子的超精细能级，得到高稳定度的频率标准。系统的硬件部分主要包括物理封装、锁相环电路、小信号放大电路、信号采集电路和主控电路。软件部分则包括温控补偿、信号调制解调、控制芯片数据的处理及通信。软件平台基于MSP430的IAREmbeddedWorkbench5.3Evaluation的开发环境，用户通过JTAG实现上位机与微控制器的通信。此外，可通过上位机界面实时观察数据采集的结果，并确定原子钟的当前状态。本文主要研究激光器调制和CPT信号解调，分别通过对激光器信号、微波信号的调制解调实现了激光器频率、微波频率的锁定。在此基础上，将其与温控伺服环路、锁相环环路、物理封装模块整合成完整的CPT原子钟原理样机。该样机经测试，其在1s稳定度优于5.356×10-11,1小时稳定度优于4×10-12，功耗仅为200mW，符合芯片级原子钟的设计要求。
【作者】石红；
【导师】乔东海；
【作者基本信息】苏州大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】原子钟；CPT；物理封装；碱金属；微控制器；

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