[发明专利]基于多普勒效应的提高原子钟精度的实验装置及方法

权利要求书

1.一种基于多普勒效应的提高原子钟精度的实验装置，其特征在于，包括：

基准电磁波时钟输入接口，其与基准电磁波时钟相连，以提供基准计时频率；

原子钟电磁波源，其用来提供计时用的正弦电磁波；

微波接收处理器，其与测量探头相连；所述测量探头用来接收原子钟电磁波源与基准电磁波时钟的频率信号并传送至微波处理器，在所述微波处理器内采用李萨如图测量原子钟电磁波源与基准电磁波时钟之间的频率偏差；

频率微调环，其为一圆形微波传输通道，且基于多普勒效应来消除原子钟电磁波源与基准电磁波时钟的频率偏差，以达到提高原子钟的精度；

若原子钟电磁波源输出的频率大于基准电磁波时钟的频率，则原子钟电磁波源不动，测量探头沿圆形微波传输通道远离原子钟电磁波源；

若原子钟电磁波源输出的频率小于基准电磁波时钟的频率，则原子钟电磁波源不动，测量探头沿圆形微波传输通道靠近原子钟电磁波源；

其中，圆形微波传输通道的半径和测量探头沿圆形微波传输通道运动的速度均由原子钟电磁波源与基准电磁波时钟两者之间的频率偏差来确定；

所述原子钟电磁波源与基准电磁波时钟两者之间的频率偏差与测量探头沿圆形微波传输通道运动的速度之间的关系式为：

式中，v-测量探头离开波源的速度；c-电磁波的速度；z-波长相对变化量；λ_s--原子钟电磁波源的波长；λ_b---基准电磁波时钟输出的电磁波波长；f_b-基准计时频率；f_s-原子钟电磁波源的频率；

所述原子钟电磁波源与基准电磁波时钟两者之间的频率偏差与圆形微波传输通道的半径之间的关系式为：2πR＝vt；

式中，R-圆形微波传输通道的半径；v-测量探头离开波源的速度；t--测量探头沿圆形微波传输通道一周的时间。

2.如权利要求1所述的一种基于多普勒效应的提高原子钟精度的实验装置，其特征在于，原子钟电磁波源可产生与不同特性原子构造的原子钟相匹配的电磁波频段。

3.如权利要求1所述的一种基于多普勒效应的提高原子钟精度的实验装置，其特征在于，所述基于多普勒效应的提高原子钟精度的装置，还包括微波处理器；所述微波处理器用于接收频率微调环调整后微波信号，并转换成方波信号且传输至脉冲计数器内。

4.如权利要求3所述的一种基于多普勒效应的提高原子钟精度的实验装置，其特征在于，所述脉冲计数器还与显示器相连，所述显示器用来显示当前时间信息。

5.一种基于多普勒效应的提高原子钟精度的实验方法，其特征在于，包括：

利用原子钟电磁波源输出相应原子钟对应的频率信号；

将原子钟电磁波源输出的频率信号与基准电磁波时钟的频率信号作差，求出两者之间的频率偏差；

构建频率微调环，所述频率微调环为圆形微波传输通道，所述频率微调环基于多普勒效应来消除原子钟电磁波源与基准电磁波时钟的频率偏差，以达到提高原子钟的精度；其中，若原子钟电磁波源输出的频率大于基准电磁波时钟的频率，则原子钟电磁波源不动，测量探头沿圆形微波传输通道远离原子钟电磁波源；

若原子钟电磁波源输出的频率小于基准电磁波时钟的频率，则原子钟电磁波源不动，测量探头沿圆形微波传输通道靠近原子钟电磁波源；

圆形微波传输通道的半径和测量探头沿圆形微波传输通道运动的速度均由原子钟电磁波源与基准电磁波时钟两者之间的频率偏差来确定；

所述原子钟电磁波源与基准电磁波时钟两者之间的频率偏差与圆形微波传输通道的半径之间的关系式为：2πR＝vt；

式中，R-圆形微波传输通道的半径；v-测量探头离开波源的速度；t--测量探头沿圆形微波传输通道一周的时间；

所述原子钟电磁波源与基准电磁波时钟两者之间的频率偏差与测量探头沿圆形微波传输通道运动的速度之间的关系式为：

式中，v-测量探头离开波源的速度；c-电磁波的速度；z-波长相对变化量；λs--原子钟电磁波源的波长；λb---基准电磁波时钟输出的电磁波波长；fb-基准计时频率；fs-原子钟电磁波源的频率。