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民用芯片原子钟技术

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【技术简介】被动型相干布居囚禁原子钟是利用光与原子作用产生的相干布居囚禁现象实现的原子钟,因省去微波谐振腔,其物理系统可以通过微机电系统工艺制成芯片尺寸,同时配合专用集成电路工艺电路系统制成集成芯片,就能够实现手表尺寸、纽扣电池供电的芯片原子钟。芯片原子钟的功耗、体积比传统原子钟低两个量级,与恒温晶振相当,但长期稳定度比恒稳晶振高三个量级以上,具有广阔的应用前景。芯片原子钟可以应用于电子学仪器设备、海资源探测等领域,替代对长期精度有要求的电子学设备中的恒温晶振,大幅度推动信息产业的升级、换代。

目前,世界上唯一一款芯片原子钟产品是美国Microsemi公司推出的SA.45s,其功耗120mW、体积425px3、频率稳定度2×10-10τ-1/2。在军用方面,对中国实施禁运;民用市场上,对中国限制,不能大批量购买,只能购买少量做科学研究或者原理实验。中科院武汉物数所和苏州纳米所联合团队2013年研制出国内首款芯片原子钟原理样机。目前研制出的芯片原子钟工程样机其输出频率特性和SA.45s基本相当,功耗、体积稍大,目前正在开展芯片原子钟产业化。


【主要技术指标】

(1)输出频率:10MHz

(2)频率准确度:1×10-10

(3)频率稳定度:1×10-10@1s、1×10-11@100s、6×10-12@1000s

(4)天漂:1×10-11

(5)功耗:240mW

(6)重量:30g

7)体积:500px3


【技术水平】国内领先


【适用范围】电子学仪器设备和信息探测等领域


【专利状态】已取得专利19项


【技术状态】小批量生产、工程应用阶段


【合作方式】合作开发


【转化周期】2年


【预期效益】因为微机电系统工艺和专用集成电路工艺特别适合大规模生产,一旦实现量产,芯片原子钟价格将与恒温晶振相当,作为新一代频率源器件替代恒温晶振获得广泛应用。Quartzlock  UK  ltd市场预测认为,对于芯片原子钟可预测的短期需求量在一亿只水平。社会效益:芯片原子钟应用于电子学设备将大大推动信息技术的更新换代,其社会效益难以估量。