中文摘要：

在我国传统的三种原子钟研究中，铷钟和氢钟都已经取得了可喜的进展，但是作为长期守时、授时的基准-小铯钟，目前仍然路途坎坷。虽然在光抽运小铯钟和磁选态小铯钟的研制上都有一定成果，但是在关键技术突破、产品国产化方面还面临着一些问题，有待解决。本项目将利用铷原子，结合铷光谱灯抽运技术和荧光检测技术,研制一种基于铷原子束的量子频率标准。秒的定义是以铯原子为基础的，主要是因为铯束原子钟中铯原子是真空下的原子束，无碰撞频移，准确度高；本方案采用真空下的铷束，无碰撞频移，因而同样具有准确度高的优点。方案若通过可行性验证，则将有望实现另外一种能够守时、授时、小型的准一级量子频标。

结论摘要：

在我国传统的三种实用型微波原子钟中，铷钟和氢钟都取得了非常可喜的进展，不仅广泛应用于地面，还都应用在北斗导航卫星系统上，为我国的时频体系建设作出了重要贡献。但是作为长期守时型、授时的基准，小铯钟一直是短板，虽然光抽运小铯钟和磁选态小铯钟的研制都有较大进展，但在稳定度指标、长期连续运行等方面还没有彻底解决，4年前国内还一直没有地面成熟商品出现。本项目就是在这个背景下，提出采用谱灯光抽运、荧光检测方法，搭建铷束原子钟实验系统，目标是解决原子束型原子钟不能长期、连续、稳定运行等问题。课题组开展了铷光谱灯抽运和半导体激光抽运效率的理论计算和分析，并开展了相关的实验验证与比较工作；利用HFSS软件设计铷原子束Ramsey微波谐振腔，实测了微波腔的谐振频率和共振谱线的Q值；设计、加工了微波窗、铷原子炉、荧光收集光学系统、三层磁屏蔽系统；设计、加工了一套真空动态实验系统；提出了一种锁定半导体激光频率的新方法，可以保证激光频率锁定的长期性和连续性；设计并调试完成一套6.835GHz微波电路系统，主要包括10MHz晶振、10MHz-100MHz倍频器、100MHz-6.835GHz微波倍频器，以及数字跳频功能；利用NI公司提供的控制板卡和Labview软件，编写了一套数字伺服控制系统；搭建了一套短期稳定度指标测试系统。课题组经过艰苦努力，实现了Ramsey铷原子微波谐振腔的设计、理论计算和实物加工，实测结果表明谐振频率和Q值均满足指标要求；实验上观察到了铷原子束Ramsey微波共振信号，中心线宽为700Hz；在此基础上实现了系统的闭环锁定，短期稳定度指标为7E-11/1s；另外，课题组还提出了一种锁定半导体激光器频率的新方法。总之，光抽运光检测铷束原子钟有望成为一种能够守时、授时、小型的准一级量子频标