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上海光机所知识创新工程工作简报

（第二一四期）

2008年6月18日


上海光机所量子光学重点实验室脉冲光抽运型铷原子钟研究

取得重大进展

 

上海光机所量子光学重点实验室“973”原子钟小组在国内首次实现了脉冲光抽运型原子钟（POP型）的原理性运转。已成功的观测到Ramsey 干涉条纹，中心条纹线宽140±10Hz。POP型原子钟采用时序脉冲工作模式：光脉冲制备量子态、微波脉冲探询原子跃迁和光脉冲检测基态两能级原子跃迁几率随微波频率的变化。因此，在时间上分开了激光场、微波场与原子相互作用的时间，当微波激发两能级原子的超精细跃迁时，不存在激光场，因此钟跃迁频率不受光场的影响，无光频移存在。这样大大提高了原子钟频率的中短期稳定性。POP原子钟有两种工作模式：微波脉冲探测模式和光脉冲探测模式。国际上只有意大利IEN报道过微波探测的实验室样机的研究结果，但尚未曾报道过光脉冲探测的实验结果。 

原子钟-原子时间频率标准是人类科学技术活动的基本条件，时间频率测量的准确度和精确度的提高，将从根本上改变一系列重大应用技术和科学研究的的面貌。众所周知，原子钟可应用于全球定位导航系统（GPS）。GPS系统在诸多科学技术中有着广泛的重要应用。铷原子钟是GPS系统主要应用的星载原子钟，它要求原子钟能长期稳定运转以保证导航定位的精确度。经科学家长期的努力，铷气泡型原子钟已发展成体积小、重量轻、技术成熟并可可长期稳定运转的原子钟。因此，当今各国广泛采用铷气泡型原子钟作为GPS星上的工作钟。但是，由于铷气泡型原子钟利用了光抽运技术，因此存在光频移，原子钟的中长期频率稳定性不好。POP型原子钟是消除光频移和提高原子钟性能的优秀方案。原子钟频率稳定性的提高意味着可延长导航系统原子钟的使用寿命。因此，POP型原子钟的研制具有重大的应用价值和可观的经济效益。

 

（量子光学重点实验室供稿）

 

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