王勇 李建清 邱实

(东南大学仪器科学与工程学院，南京 210096)

被动型氢原子钟是以氢原子超精细结构能级之间的跃迁产生的频率准确性和稳定性极高的微波波谱信号作为参考的频率和时间计量装置［1-2］，其体积、重量相对较小，但相对于其他小型原子钟具有无可比拟的中、长期稳定度，所以被广泛用于卫星导航、空间探测和通信等系统，为其提供标准时间、频率源［3］.磁选态器是制备产生有效跃迁信号的高能态氢原子和产生微波信号的基础.常用的磁选态器有六极磁选态器和四极磁选态器［4-5］.其中，四极磁选态器比六极磁选态器要短小［5］，更适用于星载小型氢原子钟，它可使束光学系统缩短，提高效率，减小真空泵负担，延长氢原子钟的寿命.文献［5-7］都给出了四极磁选态器的计算、设计过程以及氢原子在系统中的运动，但是都仅计算了特定条件下原子的运动轨迹和截获角，而没有考虑原子从准直孔出射的角度和速度复杂的分布情况.本文在给出氢原子在四极磁选态器中运动原理的基础上，结合原子出射角度和出射速度的分布概率，计算得到原子在储存泡口的分布规律，建立更贴近实际情况的模型.并应用改进的泡口分布模型优化泡口直径和聚焦距离，使得高能态原子被最大程度聚集，而低能态原子被偏离，为被动型氢原子钟储存泡口的直径和聚焦距离的设计提供了依据，有利于提高跃迁信号的功率.

1 氢原子在四极磁选态器中的偏转

基态氢原子在微弱磁场(磁场强度为H)中具有4个超精细结构能级，其能量可表示为［1］