基于399 nm激光调制转移谱的频率锁定及频移测量

为了获得高信噪比的激光检测光谱,激光光源的频率必须实现锁定,本研究仿真了不同调制频率下的调制转移谱信号,并在实验上利用空心阴极灯中的调制转移光谱技术实现了399 nm激光稳频,同时测量了镱原子同位素~1S_0-~1P_1跃迁频移。结果表明,调制频率的最佳选择值是0.8Γ;闭环锁定后,399 nm激光器的激光线宽小于±1.3 MHz,可以得到很好的谱线信噪比;利用调制转移谱还可以获得精确的~1S_0-~1P_1跃迁的同位素频移。

基于碘分子调制转移谱与光学腔的583 nm激光稳频实验

用583 nm半导体倍频激光器获得了碘分子R67(15-1)跃迁的超精细分量调制转移谱(MTS)。针对超冷铒原子实验中冷却光的频率稳定,利用Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术作为前级反馈将激光器稳定在法布里-珀罗腔,用碘分子MTS稳频作为后级反馈,以克服光学参考腔不可避免的长期漂移。稳频后4 h的监测结果表明,相比仅用PDH稳频的漂移量(205 kHz),双系统稳频时的最大频率起伏为±12 kHz,满足超冷铒原子实验系统长时间稳定运转的需求。本方案拓展了碘分子光谱在583 nm激光稳频的应用,也为激光冷却铕、铥等元素中冷却光的频率锁定提供了参考。

基于全球导航卫星系统应用的光频原子钟发展现状与可用性分析

随着光频原子钟技术迅速发展,光频原子钟不确定度已超越微波原子钟性能4~5个数量级,达到了10^(−19)数量级,在可靠性和小型化方面也不断提升,使得未来全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)搭载光频原子钟成为可能。介绍了几种GNSS光频原子钟的工作原理及国内外的研究进展,从稳定度、集成度及影响稳定度的因素等方面总结了几种光频原子钟的性能,并将四种光学时钟(离子光钟、光晶格钟、双光子跃迁光频原子钟、基于碘调制转移谱光频原子钟)与目前GNSS上搭载的四大导航系统进行比较,讨论了光频原子钟的应用潜力,并提出了各光频原子钟的发展建议。针对提升离子光钟和光晶格钟可靠性的需求,提出了通过提高激光器和超稳腔的稳定性、降低核心器件环境敏感性的建议。针对提升原子束光频原子钟稳定性的需求,提出了提高原子束利用率、进一步迭代实验等方案。针对提升双光子跃迁光频原子钟和调制转移谱光频原子钟的长期稳定性的需求,提出了结合真空技术及人工智能降低频率漂移率的解决方案。

基于^(85)Rb 5S_(1/2)→6P_(3/2)的小型超稳铷原子光频标

传统的铷原子钟主要是工作在微波频段,系统结构简单可靠,但受限于钟跃迁频率,其频率稳定度很难进入10^(-14)量级水平。利用^(85)Rb基态5S_(1/2)与第二激发态6P_(3/2)之间的跃迁作为钟跃迁,并结合高信噪比的调制转移谱稳频技术和高速环路锁定,直接将420nm激光输出频率稳定在铷原子的超精细跃迁谱线上,实现将传统的铷原子微波钟拓展到铷原子光钟。通过自评估的方法,得到该系统的秒级频率稳定度为1.6×10^(-14),接近微波钟的量子极限,与目前国际上最好的532nm碘分子光频标性能相当。