《鐿光鐘躍遷幾率的無破壞測量》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由呂寶龍擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：鐿光鐘躍遷幾率的無破壞測量
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：呂寶龍
- 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鐿原子光鐘是目前精度最高的光鐘之一。原子光鐘可以同時探詢多個原子，其量子投影噪聲遠低於離子光鐘。然而，原子光鐘的這一優勢還遠未發揮出來，長期頻率穩定度主要受限於Dick效應。抑制Dick效應的一個有效途徑是儘量減少冷原子的製備時間，從而提高原子探詢的占空比。關於鐘躍遷的躍遷幾率的探測，傳統的共振螢光法是一種加熱原子並使其丟失的破壞性測量；光鐘必須花費一定的時間重新製備足量的冷原子。本項目針對Yb光鐘提出並將實現躍遷幾率的無破壞測量。基本思路是以Mach-Zender干涉儀的方式測量基態原子的相移。項目的特色在於選擇了弱互合躍遷進行探測。相對於強躍遷，弱互合躍遷不僅有更強的相移信號，而且對原子的加熱效應非常微弱，從而使幾乎所有原子得以保存在光晶格中。該無破壞測量技術未來套用於Yb光鐘，將大幅度減少冷原子製備時間，使占空比達到0.8以上，進而使穩定度達到E-18所需的平均時間縮短一個數量級。
結題摘要
光晶格原子光鐘具有極低的量子投影噪聲，但其頻率穩定度仍受限於相對較大的Dick噪聲。該項目研究組試圖實現鐘躍遷幾率的無原子損耗測量方案，旨在縮短運行周期的“死時間”以充分抑制Dick噪聲。該項目圍繞鐿原子光鐘躍遷幾率的無破壞測量問題，系統研究了晶格光場對弱互合躍遷線的光致頻移、光晶格囚禁原子的色散特性、基於Mach-Zehnder (MZ)干涉儀的脈衝式相位探測等一系列問題和技術，在基態鐿原子的無損耗探測方面取得了一系列重要研究成果，主要包括： （1）弱互合躍遷光致頻移的測量：此項光頻移的測量對判定相移信號的強度和整個探測方案的可行性至關重要。項目組測量了典型實驗參數下頻移量，獲得了與理論估算值一致的結果，從而確證了無破壞測量方案的可行性。（2）用於基態鐿原子測量的MZ干涉儀：成功搭建了可測量鐿原子的MZ干涉儀，實現了兩臂相位差的快速鎖定，探測光載波抑制效果超過30dB，探測靈敏度達到8.6 V/rad，信噪比優於預期指標。項目探索的無破壞測量技術套用於鐿原子晶格光鐘，將有助於充分抑制Dick噪聲，從而提升鐿原子光鐘的精度指標。（3）鐿光鐘的研製取得重要進展：突破了冷原子的光晶格裝載、光纖噪聲抑制、超窄線寬雷射、自旋極化、鐘躍遷的探詢、歸一化探測等多項關鍵技術，最終實現了的光鐘閉環運轉和互動運轉模式。環內穩定度達到3E-17；互動運轉模式下的測量精度達到2E-16。
