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光频标和光频测量研究的历史、现状和未来

量子电子学报 2004年第2期21卷 139-148页

作者：沈乃澂魏志义聂玉昕中国科学院物理研究所

本文综合评述了光频标和光频测量研究的历史、现状和未来。在上世纪最后的30年间，光频标已达到10^-11-10^-13量级的准确度，使长度单位“米”进行了重新定义，实际上成为时间单位秒的“导出单位”。最近三年来，该领域的研究出现了重... 详细信息

本文综合评述了光频标和光频测量研究的历史、现状和未来。在上世纪最后的30年间，光频标已达到10^-11-10^-13量级的准确度，使长度单位“米”进行了重新定义，实际上成为时间单位秒的“导出单位”。最近三年来，该领域的研究出现了重大突破。这是由于飞秒锁模激光技术与光频测量技术两者出人意外的结合，使微波频标与光频标之间建立了简易可行的联系，使光频标的准确度和实用性达到了前所未有的高度，成为计量学和物理学中一个新的亮点。它的进一步发展必将给计量学和物理学带来深远的影响。

关键词：光频标光频测量飞秒锁模激光微波频标

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基于量子逻辑技术的铝离子光频标研究进展

中国科学：物理学、力学、天文学 2016年第7期46卷 33-51页

作者：邓科张洁石晓辉徐泽天柳奎车煌陆泽晃华中科技大学物理学院基本物理量测量教育部重点实验室武汉430074

光频标(光钟)在时间及长度定义、基本物理常数及其随时间变化的测量、相对论检验、甚长基线干涉仪、测地学以及全球卫星导航定位等领域都有广泛的应用.一台光频标由超稳激光、光梳和囚禁的离子或原子组成.其准确度受到多普勒频移、塞曼... 详细信息

光频标(光钟)在时间及长度定义、基本物理常数及其随时间变化的测量、相对论检验、甚长基线干涉仪、测地学以及全球卫星导航定位等领域都有广泛的应用.一台光频标由超稳激光、光梳和囚禁的离子或原子组成.其准确度受到多普勒频移、塞曼频移、斯塔克频移、碰撞频移、黑体辐射频移等的影响.其中黑体辐射频移是对于系统误差影响较难评估也较难控制的一项,而铝离子在目前所有正在发展的光频标里面是黑体辐射频移最小的一个,其不确定度仅有4.0×10^(-19),因此铝离子光频标是很有前途的一种光频标.本文将分别介绍光频标的3个组成部分,以及当前基于量子逻辑技术铝离子频标的基本原理和华中科技大学的最新研究进展.

关键词：光频标离子阱超稳激光量子逻辑铝离子

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钙离子光频标研究进展

物理 2023年第7期52卷 449-455页

作者：管桦黄垚高克林中国科学院精密测量科学与技术创新研究院波谱与原子分子物理国家重点实验室武汉430071

钙离子光频标是原子光频标的成员之一。中国科学院精密测量科学与技术创新研究院(原武汉物理与数学研究所)从2000年开始选择钙离子为研究体系,先后解决了单离子稳定囚禁与有效冷却、超窄线宽激光稳频等一系列关键问题,特别是一步步抑制... 详细信息

钙离子光频标是原子光频标的成员之一。中国科学院精密测量科学与技术创新研究院(原武汉物理与数学研究所)从2000年开始选择钙离子为研究体系,先后解决了单离子稳定囚禁与有效冷却、超窄线宽激光稳频等一系列关键问题,特别是一步步抑制微运动和黑体辐射效应,实现了不确定度3.0×10^(-18)的液氮低温离子光频标和不确定度4.8×10^(-18)的室温离子光频标,稳定度达到6.3×10^(-18)@52万秒。通过集成化设计,实现了不确定度1.3×10-17、高鲁棒性的可搬运钙离子光钟,并基于该光钟实现了高程差测量应用。通过参考本地铯喷泉钟和本地时标,并远程溯源到国际秒定义,实现了不确定度达3.2×10^(-16)的钙离子光频跃迁绝对频率测量。钙离子光频跃迁被国际计量局推荐为新增的次级秒定义参考。

关键词：光频标囚禁离子可搬运光钟国际单位制秒绝对频率测量

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囚禁冷却离子光频标

物理 2010年第9期39卷 604-611页

作者：高克林中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室武汉430071

激光技术和冷原子物理的发展促进了冷原子光频标的研究.文章主要介绍了激光技术与光频标的关系,并重点介绍囚禁离子光频标的工作原理和相关的研究进展.

关键词：激光技术冷却原子光频标

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铝离子光频标中DDS信号源的研制

铝离子光频标中DDS信号源的研制

作者：葛亚鹏华中科技大学

学位级别：硕士

时间是物理学中的七个基本物理量之一,高精度的时间频率标准在基础物理研究以及导航通讯等领域都有着重要的作用。铝离子光频标是目前国际上不确定度达到10的光频标之一,由于其黑体辐射频移最小,是很有前途的一种光频标。在铝离子光频... 详细信息

时间是物理学中的七个基本物理量之一,高精度的时间频率标准在基础物理研究以及导航通讯等领域都有着重要的作用。铝离子光频标是目前国际上不确定度达到10的光频标之一,由于其黑体辐射频移最小,是很有前途的一种光频标。在铝离子光频标的运行过程中,需要对其中的各路激光的频率进行精确控制。一般实验上通过控制光路中声光调制器上的射频信号来实现激光频率的控制。而在光频标中,由于需要对这些射频信号进行复杂且快速的操作,要求射频信号源不仅具有较高的频率分辨率和稳定性,且能够实现快速跳频功能。而商用的射频信号源或者压控振荡器不能满足该需求,因此我们必须自主研制具有快速跳频功能的信号源。直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer DDS)具有频率转换速度快、频率分辨率高、频率切换中保持相位连续、易于实现多种调制功能、易于微处理器控制、相位噪声低等优点,并且基于DDS芯片的信号源是全数字化的,不仅性能优越而且体积小。因此,本文开展了基于DDS芯片的信号源的研究工作。本文分别系统地介绍了基于AD9854的低频DDS信号源和基于AD9914的高频DDS信号源的研究工作,包括硬件电路的设计、制作以及程序控制,其中程序控制通过NI公司集成的Field-Programmable-Gate-Array(FPGA)板卡NI7856R来实现。最后对系统进行调试,成功实现了这两种信号源电路。对电路性能的测试结果表明基于AD9854信号源的最高输出频率为120MHz,其10MHz信号频率稳定度为3.8×10@1s,跳频时间约为200ns。基于AD9914的高速信号源输出的450MHz信号频率稳定度为8.5×10@1s,相位噪声为-135dBc/Hz(450MHz时偏移频率为100kHz),跳频时间为150ns,满足铝离子光频标的实验要求。

关键词：光频标射频信号源直接数字频率合成器跳频时间

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光频标研究的概况

科学通报 1978年第8期23卷 452-458页

作者：邱元武中国科学院物理研究所

一、引言测量长度和时间这两个基本的物理量的要求正在迅速地增长,可以说,这两个物理量被测量到何等准确的程度能反映物理学发展的水平。最初是用一根铂铱合金制成的棒作为米的标准,秒则是以地球的自转或公转为标准的,这样的长度和时... 详细信息

一、引言测量长度和时间这两个基本的物理量的要求正在迅速地增长,可以说,这两个物理量被测量到何等准确的程度能反映物理学发展的水平。最初是用一根铂铱合金制成的棒作为米的标准,秒则是以地球的自转或公转为标准的,这样的长度和时间标准的准确度是很差的,约为10-a左右。近二十多年来,由于量子电子学的发展,测量时间的准确度获得了显著的进展,这是由于

关键词：光频标参考频率频率稳定度激光器光激射器电子器件稳频技术

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光频标用钙原子束管

真空电子技术 2016年第2期29卷 27-29页

作者：陈海军张晓刚杨剑青梁友焕陈景标冯进军北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家级重点实验室北京100015 北京大学信息科学技术学院区域光通信网与新型光通信系统国家重点实验室北京100871

光频标是未来量子频标的发展趋势,热钙原子束方案的光频标由于没有冷却光系统,总体结构简单、可靠性高,具有实现小型化和工程化的潜力,其指标可以超过铯钟和氢钟。在第一代全密封钙原子束管的基础上进行了改进设计,实现了一种新的模块... 详细信息

光频标是未来量子频标的发展趋势,热钙原子束方案的光频标由于没有冷却光系统,总体结构简单、可靠性高,具有实现小型化和工程化的潜力,其指标可以超过铯钟和氢钟。在第一代全密封钙原子束管的基础上进行了改进设计,实现了一种新的模块化结构的小型钙原子束管。整管尺寸小于55cm×16cm×15cm,重量小于10kg,在作用区的钙原子束流大于1.6×10^(10)/秒,信噪比优于3000,荧光谱线线宽小于100 MHz,原子束流相对稳定度优于0.03%,钟跃迁谱线小于400kHz。与657nm激光联调后预期短期稳定度将优于1×10^(-13)/1s。

关键词：光频标钙原子束管小型化

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单离子光频标离子囚禁技术

宇航计测技术 2024年第1期44卷 14-19页

作者：纪仟仟韩蕾孙婧昕陈星苏亚北陈煜申彤丁余东薛潇博北京无线电计量测试研究所计量与校准技术重点实验室北京100039

离子囚禁技术与系统是量子频标、量子计算的核心技术和核心物理参考体系,在精密测量、量子计算、高精度导航定位等领域具有重要的应用价值与应用前景。设计研制了一种基于Paul型离子阱的离子制备与囚禁系统,利用数字PID方法进行多通道... 详细信息

离子囚禁技术与系统是量子频标、量子计算的核心技术和核心物理参考体系,在精密测量、量子计算、高精度导航定位等领域具有重要的应用价值与应用前景。设计研制了一种基于Paul型离子阱的离子制备与囚禁系统,利用数字PID方法进行多通道多波长激光频率锁定,对离子进行光离化制备、囚禁、激光Doppler冷却。试验系统探测到了单离子的微弱荧光信号,实现了单个离子的稳定囚禁;激光频率漂移由500 MHz稳定至±0.8 MHz,激光冷却温度达到5.53 mK,趋于Doppler冷却极限。

关键词：离子囚禁激光多普勒冷却光离化光频标

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钙离子光频标钟跃迁绝对频率测量

计测技术 2022年第5期42卷 86-96页

作者：黄垚王玉琢林弋戈方占军管桦高克林中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071 中国计量科学研究院北京100029

回顾了中国科学院精密测量科学与技术创新研究院对钙离子光频标钟跃迁绝对频率的测量工作,并对测量结果被国际计量委员会(CIPM)下属的时间频率咨询委员会(CCTF)采纳的情况进行了总结和描述。在2011~2020年间,利用实验室型光频标和可搬... 详细信息

回顾了中国科学院精密测量科学与技术创新研究院对钙离子光频标钟跃迁绝对频率的测量工作,并对测量结果被国际计量委员会(CIPM)下属的时间频率咨询委员会(CCTF)采纳的情况进行了总结和描述。在2011~2020年间,利用实验室型光频标和可搬运光钟,采用基于飞秒光梳和卫星链路的方案溯源到国际秒定义,及基于飞秒光梳直接溯源到中国计量科学研究院铯喷泉微波钟的方案,多次测量了钙离子光频标钟跃迁绝对频率,测量不确定度从10^(-15)量级逐步提高到10^(-16)量级,共计4个测量结果被CCTF采纳。参与钙离子光频标钟跃迁频率国际推荐值的计算,分别于2012年、2015年、2017年和2021年先后四次更新了钙离子光频标钟跃迁频率推荐值。钙离子光频标钟跃迁于2021年被推荐为新增的“秒的次级表示”。

关键词：光频标可搬运光钟绝对频率测量飞秒光梳秒定义