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Measurements of Majorana transition frequency shift in caesium atomic fountain clocks
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作者 施俊如 王心亮 +6 位作者 杨帆 白杨 管勇 范思晨 刘丹丹 阮军 张首刚 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期42-49,共8页
The caesium atomic fountain clock is a primary frequency standard.During its operation,a Majorana transition frequency shift will occur once a magnetic field at some special locations along the atomic trajectory is si... The caesium atomic fountain clock is a primary frequency standard.During its operation,a Majorana transition frequency shift will occur once a magnetic field at some special locations along the atomic trajectory is singular.In this study,by developing a physical model,we analyzed the magnetic field requirements for atomic adiabatic transition and calculated the influence of the Majorana atomic transition on the atomic state via a quantum method.Based on the simulation results for the magnetic field in the fountain clock,we applied the Monte Carlo method to simulate the relationship between the Majorana transition frequency shift and the magnetic field at the entrance of the magnetic shielding,as well as the initial atomic population.Measurement of the Majorana transition frequency shift was realized by state-selecting asymmetrically populated atoms.The relationship between the Majorana transition frequency shift and the axial magnetic field at the entrance of the magnetic shielding was obtained.The measured results were essentially consistent with the calculated results.Thus,the magnetic field at the entrance of the magnetic shielding was configured,and the Majorana transition frequency shift of the fountain clock was calculated to be 4.57×10^(-18). 展开更多
关键词 caesium atomic fountain clock Majorana transition frequency shift magnetic field initial atomic population
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铯原子喷泉钟NTSC-F1研制进展 被引量:6
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作者 阮军 王心亮 +7 位作者 刘丹丹 管勇 张辉 陈江 林睿 余凤翔 施俊如 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2016年第3期138-149,共12页
铯原子喷泉钟在守时系统起校准作用。介绍了铯原子喷泉钟NTSC-F1的4个子系统及运行参数,与氢钟比对测量获得了NTSC-F1的频率稳定度性能,实现了系统不确定度的初步评定,给出了各频移项的频移量和不确定度,并对NTSC-F1的改进进行了介绍。
关键词 铯原子喷泉钟 频率稳定度 频率不确定度
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一种精确测量原子喷泉冷原子团温度的方法 被引量:2
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作者 施俊如 王心亮 +8 位作者 管勇 阮军 刘丹丹 白杨 杨帆 张辉 余凤翔 范思晨 张首刚 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第19期27-32,共6页
冷原子团的高斯半径和温度是用来描述冷原子团,反映冷原子特性的主要参数.本文提出了一种新型的测量冷原子团高斯半径和温度的方法,采用过饱和近共振激光束照射冷原子团,原子由于吸收了光子动量偏离原来的运动轨道,而不能被探测系统所探... 冷原子团的高斯半径和温度是用来描述冷原子团,反映冷原子特性的主要参数.本文提出了一种新型的测量冷原子团高斯半径和温度的方法,采用过饱和近共振激光束照射冷原子团,原子由于吸收了光子动量偏离原来的运动轨道,而不能被探测系统所探测.根据冷原子团的原子分布规律,理论上构建了物理模型,通过改变作用于冷原子团的推除光的尺寸来控制被推除的冷原子数目,计算得到了不同高斯半径的冷原子团剩余原子数目与推除光尺寸的关系.以国家授时中心铯原子喷泉为实验平台,利用横向偏置的刀口光阑在不同下落高度控制作用于冷原子团的推除光尺寸,测量出不同高度的剩余原子数目随推除光尺寸的变化情况.应用理论公式拟合实验数据,最终得到冷原子团在磁光阱中心正下方10 mm和160 mm处的高斯半径分别为的准确性和可重复性,在同一实验条件下用刀口法和飞行时间法对冷原子团温度进行了测量与对比,最终得到两种方法的测量结果基本一致. 展开更多
关键词 刀口法 冷原子团 高斯半径 冷原子团温度
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铯原子喷泉钟频移的自动评定系统研究 被引量:3
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作者 刘丹丹 阮军 +5 位作者 管勇 张辉 杨帆 王心亮 施俊如 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2019年第2期107-114,共8页
'秒'定义频率9 192 631 770 Hz是理想值,在实际工作过程中,铯原子喷泉钟在外部环境(如引力场、电磁场等)、内部原子相互作用(如碰撞)下,原子样品的跃迁频率偏离了定义值,这些偏离量称为'频移'。为了获得被测原子钟信号... '秒'定义频率9 192 631 770 Hz是理想值,在实际工作过程中,铯原子喷泉钟在外部环境(如引力场、电磁场等)、内部原子相互作用(如碰撞)下,原子样品的跃迁频率偏离了定义值,这些偏离量称为'频移'。为了获得被测原子钟信号和秒定义频率之间的偏差,需要测量所有频移量,并且给出其频率不确定度。介绍了频移自动评定系统的设计和实现,考虑了各项频移的运行周期和切换间隔,实时给出二阶塞曼频移、冷原子碰撞频移和黑体辐射频移的纠正量,计算分析获得了频移量的系统不确定度。 展开更多
关键词 铯原子喷泉钟 自动评定 二阶塞曼频移 冷原子碰撞频移
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铯原子喷泉钟空间均匀C场的研究 被引量:2
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作者 施俊如 王心亮 +7 位作者 阮军 管勇 白杨 刘浩 杨帆 刘丹丹 张辉 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2018年第3期145-150,共6页
二阶塞曼频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度性能的系统项之一,而二阶塞曼频移的不确定度由C场均匀度决定。C场均匀度又与C场强度随时间的变化情况(时间稳定性)和C场强度沿原子飞行路径的变化情况(空间均匀性)有关。均匀C场的实现有两... 二阶塞曼频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度性能的系统项之一,而二阶塞曼频移的不确定度由C场均匀度决定。C场均匀度又与C场强度随时间的变化情况(时间稳定性)和C场强度沿原子飞行路径的变化情况(空间均匀性)有关。均匀C场的实现有两种途径:一是磁屏蔽的屏蔽效果好且无剩磁;二是在磁屏蔽两端加补偿线圈,但是补偿线圈会引入电噪声而降低C场的时间稳定性。首先理论研究了由C场引起的二阶塞曼频移,和由C场空间均匀度引起的二阶塞曼频移不确定度。实验上通过改进退磁方法对磁屏蔽进行了整体退磁,得到了无补偿情况下空间均匀度良好的剩磁47cm@1nT,和C场48cm@1.5nT。最后计算得到二阶塞曼频移为68.7×10^(-15),由C场空间均匀度引起的二阶塞曼频移不确定度为6.05×10^(-19)。 展开更多
关键词 C场 剩磁 磁屏蔽 退磁 空间均匀度
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铯原子喷泉钟二阶塞曼频移的测量方法及实验 被引量:1
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作者 王心亮 刘丹丹 +7 位作者 阮军 管勇 林睿 张辉 陈江 余凤翔 施俊如 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2018年第4期279-284,共6页
二阶塞曼频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的主要因素之一,传统的评定方法是通过测量铯原子磁敏跃迁的Ramsey中心条纹获得原子运行路径上的磁场分布,再应用BreitRabi公式计算二阶塞曼频移。喷泉钟闭环运行初期,由于诸多磁场的加入,... 二阶塞曼频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的主要因素之一,传统的评定方法是通过测量铯原子磁敏跃迁的Ramsey中心条纹获得原子运行路径上的磁场分布,再应用BreitRabi公式计算二阶塞曼频移。喷泉钟闭环运行初期,由于诸多磁场的加入,实验上往往观测不到磁敏跃迁的Ramsey条纹。首先应用低频跃迁的方法测出了谐振腔上方45cm范围内的磁场分布,通过调节C场线圈电流及补偿线圈电流使磁场起伏最小,从而获得Ramsey条纹,再应用传统方法评定二阶塞曼频移。实验表明应用低频跃迁与Ramsey跃迁获得的磁场分布基本一致。C场的二阶塞曼频移为56.57×10^(-15),由C场的空间不均匀引起的不确定度为1.55×10^(-18),C场随时间变化引起的不确定度为2.93×10^(-16)。 展开更多
关键词 喷泉钟 二阶塞曼频移 频率不确定度
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绝热跃迁方法测量铯喷泉钟冷原子碰撞频移
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作者 管勇 刘丹丹 +5 位作者 王心亮 张辉 施俊如 白杨 阮军 张首刚 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第14期73-80,共8页
冷原子碰撞频移是限制铯原子喷泉钟频率不确定度性能的主要因素之一.在使用外推法测量冷原子碰撞频移时,制备密度均匀成比例的原子团是减小系统误差的关键.绝热跃迁方法可以用来实现均匀跃迁比例,均匀度可达10–3.通过理论分析Bloch矢... 冷原子碰撞频移是限制铯原子喷泉钟频率不确定度性能的主要因素之一.在使用外推法测量冷原子碰撞频移时,制备密度均匀成比例的原子团是减小系统误差的关键.绝热跃迁方法可以用来实现均匀跃迁比例,均匀度可达10–3.通过理论分析Bloch矢量的演化,导出了误差满足的方程,实验测量了不同参数对跃迁几率的影响,印证了理论分析.在此基础上可以优化实验参数并评估原子有效密度比的不确定度,实现了冷原子碰撞频移的高精度测量. 展开更多
关键词 铯原子喷泉钟 冷原子碰撞频移 绝热跃迁方法
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NTSC-F1铯原子喷泉钟光频移的评定
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作者 张辉 王心亮 +7 位作者 管勇 刘丹丹 白杨 施俊如 余凤翔 杨帆 阮军 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2018年第3期151-156,共6页
光频移是铯原子喷泉钟系统频移项之一。铯原子与微波Ramsey相互作用期间,近共振的冷却光、探测光、选态推光的存在都会产生原子光频移。通过控制NTSC-F1铯原子喷泉钟光学系统的AOM射频开关,以及在进入物理系统光纤前添加机械开关的方式... 光频移是铯原子喷泉钟系统频移项之一。铯原子与微波Ramsey相互作用期间,近共振的冷却光、探测光、选态推光的存在都会产生原子光频移。通过控制NTSC-F1铯原子喷泉钟光学系统的AOM射频开关,以及在进入物理系统光纤前添加机械开关的方式,可以有效地降低系统的光频移。理论上对光频移影响因素进行了分析,实验上对NTSC-F1铯原子喷泉钟冷却光、探测光、选态推光分别存在的情况下的光频移值进行了测量评估,确定了NTSC-F1铯原子喷泉钟光频移项的主要来源。NTSC-F1铯原子喷泉钟光频移量为0,相对值不确定度为5.13×10^(-19)。 展开更多
关键词 铯原子喷泉钟 光频移 AOM射频开关 机械开关
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双变量拉比法制备冷原子及其冷原子碰撞频移的研究
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作者 管勇 刘丹丹 +5 位作者 王心亮 张辉 施俊如 白杨 阮军 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2020年第4期245-252,共8页
冷原子碰撞频移是影响铯喷泉钟频率不确定度性能的主要频移项之一。采用差分法评定该项频移时,其不确定度来源于原子团密度比的误差和高低密度运行状态下的频率波动,分别影响该项频率评定的系统不确定度和统计不确定度。基于单变量拉比... 冷原子碰撞频移是影响铯喷泉钟频率不确定度性能的主要频移项之一。采用差分法评定该项频移时,其不确定度来源于原子团密度比的误差和高低密度运行状态下的频率波动,分别影响该项频率评定的系统不确定度和统计不确定度。基于单变量拉比法选态的原理,我们发展了双变量拉比法(同时调整选态微波的幅度和频率)制备不同密度比原子团的技术,分析了采用该方法评定喷泉钟冷原子碰撞频移引入的不确定度,实验制备了均匀度3×10-3的不同密度比的原子团,可同时降低冷原子碰撞频移评定的系统不确定度和统计不确定度。 展开更多
关键词 铯原子喷泉钟 冷原子 冷原子碰撞频移
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铯原子喷泉钟Rabi和Ramsey牵引频移的理论研究
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作者 施俊如 阮军 +7 位作者 管勇 王心亮 刘丹丹 林睿 张辉 陈江 余凤翔 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2016年第4期255-265,共11页
Rabi和Ramsey牵引效应是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的重要因素之一。构建了铯原子喷泉钟中微波腔的辐射场与冷原子团相互作用的物理模型,获得了原子—辐射场哈密顿量和时间演化算符。通过数值求解时间演化算符的薛定谔方程,用蒙特卡... Rabi和Ramsey牵引效应是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的重要因素之一。构建了铯原子喷泉钟中微波腔的辐射场与冷原子团相互作用的物理模型,获得了原子—辐射场哈密顿量和时间演化算符。通过数值求解时间演化算符的薛定谔方程,用蒙特卡洛方法模拟原子团速度和密度的二维分布,获得了钟跃迁概率和Rabi和Ramsey频移,并对频移量与初始原子|3,±1>态对称性、|3,0>与|3,±1>态相干和相干相位的关系进行了理论分析,应用于铯原子喷泉钟得到Ramsey腔微波脉冲面积是7π/2时非相干和相干初始原子态对应Rabi和Ramsey牵引频移量级分别为10-18和10-14,且频移量与相干相位呈三角函数关系,与PTB评定该项频移得到的理论及实验结果一致。 展开更多
关键词 Rabi和Ramsey牵引频移 初始原子相干态 铯原子喷泉钟 频率不确定度
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铯喷泉钟冷原子碰撞频移的差分法测量研究 被引量:2
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作者 林睿 王心亮 +7 位作者 刘丹丹 管勇 张辉 陈江 余凤翔 施俊如 阮军 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2017年第4期207-212,共6页
铯原子喷泉钟作为频率基准标校其他原子钟。冷原子碰撞频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的主要因素之一。本文从理论上分析了基于原子数的差分测量法中各项参数在测量碰撞频移中的影响,研究表明:冷原子碰撞频移测量的统计不确定度主... 铯原子喷泉钟作为频率基准标校其他原子钟。冷原子碰撞频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的主要因素之一。本文从理论上分析了基于原子数的差分测量法中各项参数在测量碰撞频移中的影响,研究表明:冷原子碰撞频移测量的统计不确定度主要取决于喷泉钟运行时高低原子数密度频差的阿伦方差,其系统不确定度取决于原子数的涨落、高低原子数密度之间的非线性密度比。应用该方法测量了铯原子喷泉钟NTSC-F1的碰撞频移,获得测量的冷原子碰撞频移的平均值为4.0×10^(-15),其测量的统计不确定度(A类)为3.2×10^(-15)(t=32 768 s);其系统不确定度(B类)为6.5×10^(-16)。 展开更多
关键词 铯原子喷泉钟 频率不确定度 冷原子碰撞频移 差分测量法
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Evaluation of second-order Zeeman frequency shift in NTSC-F2
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作者 施俊如 王心亮 +5 位作者 白杨 杨帆 管勇 刘丹丹 阮军 张首刚 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第7期163-170,共8页
Caesium atomic fountain clock is a primary frequency standard,which realizes the duration of second.Its performance is mostly dominated by the frequency accuracy,and the C-field induced second-order Zeeman frequency s... Caesium atomic fountain clock is a primary frequency standard,which realizes the duration of second.Its performance is mostly dominated by the frequency accuracy,and the C-field induced second-order Zeeman frequency shift is the major effect,which limits the accuracy improvement.By applying a high-precision current supply and high-performance magnetic shieldings,the C-field stability has been improved significantly.In order to achieve a uniform C-field,this paper proposes a doubly wound C-field solenoid,which compensates the radial magnetic field along the atomic flight region generated by the lead-out single wire and improves the accuracy evaluation of second-order Zeeman frequency shift.Based on the stable and uniform C-field,we launch the selected atoms to different heights and record the magnetically sensitive Ramsey transition|F=3,mF=-1→|F=4,mF=-1 central frequency,obtaining this frequency shift as 131.03×10^(-15)and constructing the C-field profile(σ=0.15 n T).Meanwhile,during normal operation,we lock NTSC-F2 to the central frequency of the magnetically sensitive Ramsey transition|F=3,mF=-1→|F=4,mF=-1 fringe for ten consecutive days and record this frequency fluctuation in time domain.The first evaluation of second-order Zeeman frequency shift uncertainty is 0.10×10^(-15).The total deviation of the frequency fluctuation on the clock transition induced by the C-field instability is less than 2.6×10^(-17).Compared with NTSC-F1,NTSC-F2,there appears a significant improvement. 展开更多
关键词 caesium atomic fountain clock second-order Zeeman frequency shift C-field magnetic shielding
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