冷镜原子光钟的关键技术研究

摘要

光钟的精度已超越了当前最好的铯原子喷泉钟，这意味着光学频率标准有可能成为下一代频率标准。光钟对物理学研究、计量科学研究和高科技研究均有极大的推动力，光钟的关键技术在全球定位系统(GPS)、高速通信和深空探测等研究领域具有重要的应用价值。
　　 本论文主要是对冷镱原子光钟的一些关键技术进行实验上的研究。首先介绍了一种用于镱原子空心阴极灯中的调制转移光谱技术，用来实现用于镱原子光钟一级冷却的399纳米激光器的频率锁定。另外，对调制转移光谱及信号进行了全面的优化，并结合原子束装置中的无多普勒技术，精确测量了镱原子399纳米跃迁谱的同位素频移和超精细结构分裂。后期，通过对两维准直光路、磁光阱光路的优化以及塞曼减速光的合理设计，最终在399纳米磁光阱中观察到冷镱原子团，用飞行时间方法测得的温度约为2毫开尔文，释放捕获法测得的原子数目约为107。其次，主要介绍了用于镱原子光钟二级冷却的556纳米激光器的频率锁定工作，这里我们采用AOM调制结合荧光探测技术；通过对MOT光路、偏振态等的优化，最终实现了556纳米磁光阱中冷原子团的装载，温度约为30微开尔文。然后，介绍了用于晶格光的759纳米激光器的频率锁定技术，通过对光品格光路的合理设计，最终观测到了光晶格的装载信号；同时对一维光晶格构成的势阱深度进行了相关理论计算：最后，介绍了Pound-Drever-Hall技术用于实现钟态跃迁578纳米激光器的频率锁定，以及光纤的相位噪声抑制技术，最终希望在759纳米光晶格中观测到镱原子的钟态跃迁光谱。此外，对174Yb光晶格钟钟态跃迁的系统频移进行了仝面分析。