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冷镱原子光钟绝对频率测量及相关跃迁研究的进展

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仪器仪表学报 2024年第2期45卷 2-16页

作者：齐启超金涛韫彭成权孙常越徐信业华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

光学原子钟的稳定度和不确定度都已全面进入小数10-18量级,是目前最精密的时间频率测量工具之一。光学原子钟已在精密测量和基础物理研究等尖端科研领域展现出潜力,并有望重新定义时间单位“秒”。镱原子光钟因其独特的能级优势而成为... 详细信息

光学原子钟的稳定度和不确定度都已全面进入小数10-18量级,是目前最精密的时间频率测量工具之一。光学原子钟已在精密测量和基础物理研究等尖端科研领域展现出潜力,并有望重新定义时间单位“秒”。镱原子光钟因其独特的能级优势而成为了目前世界上发展最成熟、研究最广泛的光钟之一。镱原子钟跃迁的绝对频率测量和镱原子相关跃迁光谱的精密测量具有重要意义。综述了冷镱原子光钟的钟跃迁6s 21 S 0-6s6p 3P 0能级绝对频率测量的国内外进展,并介绍以7.3×10^(-16)的不确定度测量镱原子钟跃迁绝对频率的实验,测量值为518295836590863.30±0.38 Hz。综述了利用已完成绝对频率测量的镱原子光钟为基准,对镱原子的649,770和1389 nm抽运光的对应跃迁绝对频率进行精密测量的结果。

关键词：镱原子光学原子钟绝对频率测量精密光谱精密测量

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镱原子激光冷却的动力学分析

武汉大学学报（理学版） 2009年第6期55卷 665-668页

作者：梁洁贺凌翔中国科学院武汉物理与数学研究所/波谱与原子分子国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院研究生院北京100049

从原子能级演化的速率方程出发,以镱(Yb)原子为研究对象,通过求解Yb原子在各能级演化的动力学行为,得到了Yb原子体系的冷却循环跃迁的存在能级,即单态跃迁1s0→1p1和单态到三态跃迁1s0→3p1.该结果与目前的实验完全符合.在不考虑相关碰... 详细信息

从原子能级演化的速率方程出发,以镱(Yb)原子为研究对象,通过求解Yb原子在各能级演化的动力学行为,得到了Yb原子体系的冷却循环跃迁的存在能级,即单态跃迁1s0→1p1和单态到三态跃迁1s0→3p1.该结果与目前的实验完全符合.在不考虑相关碰撞的情况下,该方法从理论上分析了目前研究比较成熟的Yb原子,从而试图寻找一种能够方便找到复杂原子能级结构中冷却循环跃迁的普适方法并且用于指导实验,推动超冷原子物理研究的进程.

关键词：镱原子激光冷却速率方程冷却循环跃迁

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镱原子极化性质的理论研究

镱原子极化性质的理论研究

作者：唐志明西北师范大学

学位级别：硕士

本文计算了镱原子的基态6s21S0与激发态6s6p3P0o和6s6p3P1o的标量与张量静态电偶极极化率。这些参数对许多与激光冷却与操控镱原子的相关实验具有非常重要的应用价值。通过采用组态相互作用(CI)和二阶多体微扰理论(MBPT)相结合的方法计... 详细信息

本文计算了镱原子的基态6s21S0与激发态6s6p3P0o和6s6p3P1o的标量与张量静态电偶极极化率。这些参数对许多与激光冷却与操控镱原子的相关实验具有非常重要的应用价值。通过采用组态相互作用(CI)和二阶多体微扰理论(MBPT)相结合的方法计算了镱原子低激发态的能量和电偶极跃迁矩阵元(E1)。将这些结果与其他文献发表的理论计算值和实验值进行了比较。采用态求和方法计算极极化率,对极化率划分为三个主要贡献,即价电子贡献、原子实贡献、价电子-原子实相关贡献。通过将CI+MBPT方法计算得到的E1矩阵元数据与实验测量的跃迁能数据相结合,计算了对上述原子态偶极极化率占主导的价电子贡献。原子实的贡献则利用有限场方法计算而得到。本文将这些计算结果与文献中其他的理论结果进行了对比分析。进一步研究了镱原子的6s21S0,6s6p3P0O 和6s6p3P1O态的动力学电偶极极化率。动力学极化率是囚禁原子的外加激光场的频率的函数,随激光场频率的变化而改变。在一个跃迁的上下两态的动力学极化率曲线的相交处,可以鉴定该跃迁的magic波长。本文针对镱原子的6s21S0-6s6p 3P0o和6s21S0-6s6p3P1o两组重要的跃迁鉴别出了一系列magic波长。用具有magic波长的激光去囚禁镱原子,可以使得对应的跃迁的上下两个能级交变斯塔克偏移相等,从而该跃迁不受激光电场的影响。本文对镱原子的光钟跃迁6s2 1S0-6s6p 3P0o一共鉴别出了五个magic波长,分别是754(10)nm,552.7(1)nm,457(1)nm,411.36(1)nm,和374.51(4)nm。这些结果可以用于构建精确的原子光钟。对镱原子的6s21S0-6s6p3P1o跃迁,本文特别关注于实验上感兴趣的红失谐区域。考虑6s6p3P1o对磁量子数M的分裂,我们发现6s21S0-6s6= 31o,MJ跃迁有两个magic波长,分别是1035.7(2)nm和612.9(2)nm;6s21S0—6s6p3P1o,MJ = ±1 跃迁有三个magic 波长,分别是 1517.68(6)nm,1036.0(3)nm 和858(12)nm。本文研究的结果中得到的这些magic波长将有利于构建原子态不受影响的光阱,从而有助于在实验上有效地对中性的镱原子进行激光冷却、陷俘和量子操控,这对许多重要的科学研究具有非常重要的应用价值。

关键词：镱原子极化率 magic波长组态相互作用多体微扰理论

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镱原子光频标钟频跃迁的研究

镱原子光频标钟频跃迁的研究

作者：肖辉星中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)

学位级别：硕士

中性原子光晶格钟作为一种高精度原子钟,被视为下一代频率基准的候选研究对象,受到人们的广泛关注。它不但可以推进基础物理研究和基本物理常数的精密测量,而且也为与全球定位系统相关的导航定位提供了技术支持。基于当前镱原子光晶格... 详细信息

中性原子光晶格钟作为一种高精度原子钟,被视为下一代频率基准的候选研究对象,受到人们的广泛关注。它不但可以推进基础物理研究和基本物理常数的精密测量,而且也为与全球定位系统相关的导航定位提供了技术支持。基于当前镱原子光晶格钟钟跃迁的研究状况,针对镱原子的能级结构特点,本文提出将跃迁1S0→3P2作为镱原子的另外一个钟跃迁的可能性及其实现方案。主要内容概述如下： 1、自制了一套激光驱动源。同时,考虑到电路中存在瞬间脉冲对激光管可能造成的损伤,设计了断电保护电路。为确保该激光驱动源能正常的工作,通过驱动780nm的激光二极管,利用铷原子的饱和吸收方法对电路特性进行了检测。 2、为避免光学镜片的反向传播光场对激光管产生损伤,自制了一个隔离度为28dB的光学隔离器。 3、实验设计了一种简单的倍频实现方案：基频光经单透镜直接耦合单次穿过倍频晶体的简单倍频方式。针对波导型周期极化铌酸锂倍频晶体波导尺寸的特点和实验操作的复杂性,我们利用一个调节精度为50nm的三维平移台和放大倍数为100的可视显微镜,分析了基频光光斑,各种透镜变换的光斑,以及基频光通过倍频晶体后的衍射光斑。经过细致认真的调节后,成功地获得了波长为507nm功率为86.5微瓦的倍频光,同时给出了倍频光功率与晶体匹配温度的关系曲线。并且与传统采用的光纤耦合方式做了对比。

关键词：镱原子钟跃迁倍频波导型周期极化铌酸锂

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冷镱原子精密光谱的研究进展

物理 2016年第7期45卷 431-440页

作者：周敏徐信业华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062

文章简要介绍了冷原子精密光谱研究方面的重要进展,报道了作者所在课题组近年来在镱原子的激光冷却与囚禁、光晶格中冷镱原子的量子操控、冷镱原子钟跃迁谱的精密测量、冷镱原子光钟的闭环锁定和频率稳定性测量等方面所取得的最新研究结... 详细信息

文章简要介绍了冷原子精密光谱研究方面的重要进展,报道了作者所在课题组近年来在镱原子的激光冷却与囚禁、光晶格中冷镱原子的量子操控、冷镱原子钟跃迁谱的精密测量、冷镱原子光钟的闭环锁定和频率稳定性测量等方面所取得的最新研究结果,最后对光学原子钟的发展进行了展望。

关键词：光学原子钟镱原子量子操控精密测量

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镱原子和钠原子的激光增强电离光谱

中国计量学院学报 1995年第1期6卷 56-60页

作者：张艺平磊方晓蔡义清曾艳琳

用脉冲可调谐染料激光器激励火焰中的镱原子和钠原子．测定了镱的一条新的ＬＥＩ光谱线ＹｂＩ５７１．９９ｎｍ，其检出限为３×１０－１０ｇ／ｍｌ，钠的二条新的ＬＥＩ光谱线ＮａＩ５６８．２６ｎｍ，ＮａＩ５６８．８２ｎｍ．

关键词：激光增强电离光谱(LEIS) 镱原子钠原子检出限

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磁场对冷镱原子光钟稳定度影响的仿真分析

导航定位与授时 2020年第2期7卷 139-144页

作者：娄格齐启超周敏徐信业华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062

在光晶格钟运行时,不停起伏的杂散磁场会引入一阶塞曼频移和二阶塞曼频移,从而影响光晶格钟的频率不稳定度。此外,突变的磁场可能导致激光频率参考到钟跃迁频率的伺服闭环过程发生不可恢复的失锁,从而阻碍光钟的持续运行。在实验中,光... 详细信息

在光晶格钟运行时,不停起伏的杂散磁场会引入一阶塞曼频移和二阶塞曼频移,从而影响光晶格钟的频率不稳定度。此外,突变的磁场可能导致激光频率参考到钟跃迁频率的伺服闭环过程发生不可恢复的失锁,从而阻碍光钟的持续运行。在实验中,光钟进行频率闭环锁定前,通常通过控制三维线圈对光钟主腔中心原子处的杂散磁场进行补偿。首先使用三维磁强计,对真空主腔附近的磁场进行监测和记录,以分析杂散磁场对光钟性能的影响。然后利用正态分布模型和二项分布模型等,对光钟频率伺服锁定过程的阿伦偏差进行仿真拟合。在引入实际磁场监测数据的基础上,模拟光钟频率的伺服锁定过程,分析其仿真结果可以得出:减小杂散磁场起伏和控制磁场漂移,在提高冷镱原子光钟的短期稳定性和长期稳定性方面,具有重要意义。

关键词：镱原子光晶格钟磁场稳定度仿真

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冷镱原子光钟的研究进展

导航定位与授时 2019年第1期6卷 1-6页

作者：周敏艾迪骆莉梦谯皓张爽徐信业华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062

光学原子钟是一类基于原子或离子中光频跃迁的新型原子钟,近年来已成为研究热点并获得了重大进展,其性能已优于最好的铯基准微波钟,可满足更高精度定位、导航与授时应用的需求。阐述了冷镱原子光钟的基本工作原理及构成,分析了系统不确... 详细信息

光学原子钟是一类基于原子或离子中光频跃迁的新型原子钟,近年来已成为研究热点并获得了重大进展,其性能已优于最好的铯基准微波钟,可满足更高精度定位、导航与授时应用的需求。阐述了冷镱原子光钟的基本工作原理及构成,分析了系统不确定度和稳定度等性能指标,给出了目前世界范围内的发展现状,介绍了华东师范大学的研究进展,其中一台光钟的系统不确定度评估为1.7×10^(-16),稳定度为2.9×10^(-15)/τ^(1/2),在5000s平均后稳定度优于4×10^(-17)。最后简要对冷镱原子光钟的应用前景进行了展望。

关键词：光学原子钟镱原子频率不确定度频率稳定度

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Yb原子高激发能级的跃迁特性

物理学报 1999年第4期48卷 596-602页

作者：方达渭张艺钟建伟张森中国计量学院信息工程系杭州电子工业学院浙江大学物理系

采用“类氢”模型，用数值积分方法计算了Ｙｂ原子部分高激发Ｒｙｄｂｅｒｇ态和Ｓｔａｒｋ态的自发跃迁概率，及环境黑体辐射引起的受激跃迁概率，并与采用延迟脉冲场电离方法对相应态的测量结果做了比较．选取典型的初始态，测量了环... 详细信息

采用“类氢”模型，用数值积分方法计算了Ｙｂ原子部分高激发Ｒｙｄｂｅｒｇ态和Ｓｔａｒｋ态的自发跃迁概率，及环境黑体辐射引起的受激跃迁概率，并与采用延迟脉冲场电离方法对相应态的测量结果做了比较．选取典型的初始态，测量了环境黑体辐射引起的受激跃迁对周围能级的再布居特性，并给出了理论解释．对“类氢”模型应用于复杂原子的适用性进行了分析．

关键词：类氢模型跃迁特性镱原子高激发能级