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国家授时中心的高性能CPT原子钟方案获得中美两国多项发明专利授权
时间 : 2023-05-06     
中国科学院国家授时中心张首刚和云恩学研究员带领的研究团队提出的高性能相干布居囚禁(CPT)原子钟原创性方案,获得中国和美国多项发明专利授权。 

基于CPT量子干涉效应的被动型原子钟,省去了较大体积的微波腔,实现了火柴盒大小的小型原子钟和体积更小的微型原子钟(统称芯片原子钟)。它是航空、航天、水下等一些领域不可或缺的时间频率信号产生器,是欧美日俄等国家的研发重点。我国也实现了世界最小的芯片原子钟。但是,目前的芯片原子钟频率稳定度性能在3 E10τ1/2 (τ=1~1000 s) 水平,存在着较大提升空间。 

围绕实现高性能CPT原子钟,研究团队提出了直接调制的圆偏振光CPT构型,实现了国际一流的频率稳定度指标:3.6 E–13τ1/2 (τ=4~200 s。在此基础上,团队进一步提出了差分探测同时存在的电磁感应透明(EIT)和电磁感应吸收(EIA)信号的新构型,实现了CPT信号幅度倍增和系统共模噪声抑制,大幅提升鉴频信号信噪比。该创新方案可实现更高性能的微小型CPT原子钟。 

该研究团队提出的多个高性能CPT原子钟原创方案,将为深空探测、微纳卫星编队组网、高速通信、无人机巡航、GNSS便携接收机、水下资源勘探等需要精密时间而又对体积、重量、功耗敏感的应用提供解决方案。  


                                  图1() CPT原子钟新方案同时观察到的EITEIA信号, ()高信噪比的差分CPT信号。


                                 2()高性能CPT原子钟部分发明专利证书,()美国发明专利1()美国发明专利2 

    

研究团队的高性能CPT原子钟研究已获得中国和美国的多项发明专利授权,部分专利如下: 

1.“DOUBLE-MODULATION CPT DIFFERENTIAL DETECTION METHOD AND SYSTEM,” Enxue Yun, Qinglin Li, Qiang Hao, Guobin Liu, Yuping Gao, Shougang Zhang, US Patent 11,507,025 

2.CPT PHASE MODULATION AND DEMODULATION METHOD AND SYSTEM,” Enxue Yun, Qinglin Li, Qiang Hao, Guobin Liu, Yuping Gao, Shougang Zhang, US Patent 11,463,097 

3.双调制CPT差分探测方法及系统”, 云恩学李青林郝强刘国宾高玉平张首刚中国发明专利授权号:ZL202011168758.8, 发布日期:2022.9.2 

4.“CPT相位调制与解调方法及系统”, 云恩学李青林郝强刘国宾高玉平张首刚中国发明专利授权号:ZL202011168735.7发布日期:2022.3.15 

5.“连续式CPT态制备与差分探测的方法及系统”, 张首刚李青林云恩学郝强刘国宾高玉平中国发明专利,授权号ZL2021106795002发布日期:2022.7.12