德国PTB铯原子钟升级AWG控制系统 新增Sequence Restart模式

9月16日，德国Spectrum Instrumentation公布其任意波形发生器（AWG）在德国联邦物理技术研究院（PTB）铯喷泉原子钟升级中的最新应用。PTB已将Spectrum M4x.6622-x4 PXIe格式AWG卡集成至CSF1和CSF2两套铯喷泉钟，用数字化波形发生系统替代部分原有定制模拟控制电路，为激光冷却、原子发射和状态探测过程提供射频信号。CSF1和CSF2共同参与维持德国国家参考时间尺度UTC（PTB）。

PTB的铯喷泉钟以铯-133原子的基态跃迁作为频率基准。运行过程中，铯原子首先通过磁光阱或光学黏团方式冷却至微开尔文量级，再被激光推送向上运动。原子云在上升和下降过程中两次穿过Ramsey微波腔，系统通过测量跃迁概率锁定原子共振频率。单个完整测量周期约1.2秒，并以24小时连续方式运行。

此次升级的核心设备M4x.6622-x4负责产生调节声光调制器所需的射频波形，从而控制铯原子冷却、发射和探测阶段使用的激光频率。PTB此前采用定制模拟电子系统完成这些控制，随着设备长期运行和维护要求提高，研究团队开始将相关控制链路转向数字化AWG架构。

在系统集成过程中，PTB提出每台激光器需在原子钟不同运行阶段调用特定波形序列，原有AWG运行模式无法直接满足这一时序要求。Spectrum随后为M4x.6622-x4开发Sequence Restart Mode，使波形序列能够按照外部控制要求重新启动并与喷泉钟工作周期配合。该功能开发后已在PTB系统完成测试。

Spectrum已将Sequence Restart Mode扩展至其65xx和66xx系列AWG，并通过最新驱动程序向现有用户免费提供。65xx和66xx系列属于Spectrum高速任意波形发生器产品线，可用于生成多通道射频和复杂波形信号；此次新增运行模式由PTB原子钟实际控制需求推动形成。

PTB两套铯喷泉钟不仅用于德国法定时间生成，还参与全球原子钟数据比对和国际原子时建立。原子钟运行所需的激光控制、微波激励和时序系统均需要长期连续工作，此次AWG升级主要针对其中激光射频控制环节。