基于电四极跃迁的单个^(171)Yb^(+)离子光钟研究

高精度光钟在时间频率计量,相对论大地测量和基本物理规律检验方面有着重要的科学意义和应用前景。在众多的光钟参考体系中,^(171)Yb^(+)离子拥有两条已成为次级秒定义的非磁敏跃迁谱线,其中电八极跃迁谱线的自然线宽低至nHz水平。同时,^(171)Yb^(+)离子的囚禁时间长,相关激光器方案简单紧凑,因而在研制高精度,小型化的离子光钟方面具有独特的优势。本文主要介绍基于单个^(171)Yb^(+)离子电四极跃迁的光钟研究进展,包括相应的激光稳频,离子囚禁与冷却实验。利用窄线宽的435.5 nm激光探询^(171)Yb^(+)离子的^(2)S_(1/2)(F=0,mF=0)→^(2)D_(3/2)(F=2,mF=0)跃迁,在20 ms的Rabi探询时间下获得接近Fourier极限的41Hz线宽钟跃迁参考谱线。在此基础上实现国内首台^(171)Yb^(+)离子光钟的闭环锁定,并利用自比对的方法评估出该光钟的频率稳定度约为1.3×10^(-14)/√τ/s,为研制精度在10^(-18)水平的小型化可搬运^(171)Yb^(+)离子光钟奠定基础。