我最近了解到,中国科学院国家授时中心的张首刚和阮军研究员领导的一个课题组,自主研发了用于铷原子喷泉钟的控制系统。他们发表了一篇名为《Design a Robust control system for Rubidium Fountain Clock》的文章,在学术期刊Electronics上,该研究成果实现了铷原子喷泉钟的闭环锁定,并实时输出时间频率信号。
铷原子喷泉钟作为一种守时钟,对于长期连续运行并准确输出标准时间频率信号有着严格要求。控制系统是保证其正常运作的关键部分。本次研究针对这些需求,开发了一个全功能、鲁棒且灵活的控制系统,并设计了一种多板卡多功能信号输出同步方法,其同步精度达到了380纳秒。
通过对时序控制、数据采集和伺服控制进行优化调控,以及对激光器锁频进行同步操作,本次研究成功实现了铝喷泉钟自动化控制。此外,该系统还被应用于国家授时中心研制的一号铼原子喷泉钟中,与物理系统、光学系统和微波频率综合器等部件紧密结合,以完成包括原子捕获、上抛、选型、高励探测以及伺服调节在内的一系列复杂过程。在这样的环境下,1号铼原子的天文频率稳定度达到7.4×10^-16,这对于国际标准时间计算具有重要意义。
值得一提的是,该实验在没有人工干预的情况下已持续运行两年以上,这不仅证明了新开发的控制系统有效,而且也确保该装置能够持续贡献至国际计量体系中。这项工作不仅为提升其他类似设备性能提供了新的技术路径,也为提高整个领域的科学水平做出了积极贡献。
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