近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室副研究員鄧見遼領(lǐng)銜的脈沖光抽運(yùn)(POP)原子鐘小組，在中科院院士王育竹開創(chuàng)的光抽運(yùn)氣泡原子鐘研究基礎(chǔ)上，在POP原子鐘中長期頻率穩(wěn)定度優(yōu)化方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果作為編輯精選文章發(fā)表于《科學(xué)儀器評論》(Review of Scientific Instuments)，美國物理研究所出版社(AIP Publishing)的Scilight同時(shí)以A more stable design for a pulsed optically pumped atomic clock為題報(bào)道了這一研究成果。

POP原子鐘因其具有體積小、重量輕、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)，在衛(wèi)星導(dǎo)航、精密光譜和高速通信等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。原子鐘的共振頻率對許多參數(shù)的波動(dòng)很敏感，這使得優(yōu)化以激光為基礎(chǔ)的氣泡原子鐘(例如POP鐘原子)的中長期頻率穩(wěn)定度成為一項(xiàng)亟待解決的挑戰(zhàn)性難題。

該項(xiàng)研究中，研究人員首先將分布布拉格反饋(DBR)激光器、飽和吸收光路和聲光調(diào)制器(AOM)集成到一個(gè)275mm×203mm×90mm(長×寬×高)的模塊中，提高了激光的頻率和功率穩(wěn)定性。其次將整個(gè)物理系統(tǒng)密封在一個(gè)由20 L/s的離子泵維持的真空度為4×10-4Pa的真空罐中，從而顯著減小氣壓效應(yīng)對原子鐘頻率穩(wěn)定度的影響。再次將交流溫控電路驅(qū)動(dòng)的加熱膜貼在微波腔上使微波腔的萬秒溫度穩(wěn)定度達(dá)到31μK，減小了溫度相關(guān)緩沖氣體頻移的影響。最后采用PXI平臺提高了原子鐘伺服控制系統(tǒng)的精度和可靠性。采用上述改進(jìn)措施后POP原子鐘萬秒頻率穩(wěn)定度達(dá)到4.7×10-15，與目前國際上最高水平的POP原子鐘相當(dāng)。

課題組掌握了高精度氣泡原子鐘的關(guān)鍵技術(shù)，在進(jìn)一步解決物理系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)小型化和可靠性的基礎(chǔ)上有望研制出高性能氣泡原子鐘工程樣機(jī)。

相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金委、上海光機(jī)所自主部署項(xiàng)目的支持。

總結(jié)

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