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上海光机所脉冲光抽运铷原子钟研究取得突破性进展

zj2635

2013/01/05

中科院量子光学重点实验室王育竹院士领导的新型星载原子钟课题组在脉冲光抽运铷原子钟研究中取得突破性进展。课题组在2012年12月15日出版的国际学术期刊《光学快报》上发表的论文[Opt. Lett. 37, 5036 (2012)]中，首次报道了利用基于磁光旋转效应的正交偏振探测技术探测气泡式铷原子钟的钟跃迁信号，获得了对比度高达90%的超高对比度钟跃迁信号，抑制了散弹噪声，极大地提高了钟跃迁信号的信噪比和原子钟频率稳定度。

国际上气泡式铷原子钟的跃迁信号都是利用吸收法探测，由于散弹噪声的限制，获得的钟跃迁信号对比度最高不超过30% [Phys. Rev. A 81,013833 (2010), Metrologia 49,425 (2012)]。正交偏振探测技术可以将探测光的背影光强滤除，因此抑制散弹噪声和激光引入的噪声，从而大幅提高原子钟的频率稳定度。在相同条件下，利用正交偏振探测技术获得的以阿伦方差表征的铷原子钟频率稳定度比传统的吸收探测技术提高一个数量级。

众所周知，原子钟是卫星导航定位系统（如美国的GPS和中国的北斗系统）的核心部件之一，当今各国广泛采用光谱灯抽运的铷气泡型原子钟作卫星导航系统的星载钟。但是，由于传统铷气泡型原子钟利用了连续光抽运技术，因此存在光频移，由于散弹噪声的影响，原子钟的中长期频率稳定性不好。采用正交偏振探测技术的脉冲光抽运铷原子钟可以消除光频移，使其频率稳定度指标比被动氢原子钟略高，并且具有体积小和重量轻的优点，是下一代导航系统的理想星载钟。

《光学快报》审稿人对该工作做出了高度评价：“这是一篇有趣的工作，作者利用磁光旋转方法代替吸收法，极大的压制了背景光强噪声，提高了钟跃迁谱线信噪比。该方法应该得到原子钟研究领域的关注。”

文章发表一周后，意大利国家计量研究院时间频率部Micalizio博士（脉冲光抽运铷原子钟研究世界最好记录保持者）发来贺电称：“祝贺你们在你们的设备上取得的杰出成果……”。

该项研究得到973项目、中科院仪器设备功能开发技术创新项目以及863项目的支持。
图1、正交偏振探测技术获得的Ramsey条纹（a）对比度90%，信噪比840，吸收探测技术获得的Ramsey条纹；（b）对比度20%，信噪比130。
图2、正交偏振探测技术（三角形）和吸收探测技术（圆点）的原子钟阿伦方差对比

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这款铷原子钟,atomic clock是全球首个基于超冷铷原子技术的商业化冷原子钟，它是欧洲15年来的科研结晶，符合LNE-SYRTE全球时间标准。

这款铷原子钟基于激光操纵冷原子技术，操作原理基于微波问诊大原子云技术，制冷到数个uk的温度，这样原子介质表现出极佳的稳定性，不受外界环境影响。
这款铷原子钟长时间具有良好的信噪比，使得非常稳定的光谱测量成为可能。
这款铷原子钟长期具有无以伦比的稳定性，精度和周期性，用于产生高稳定的时间。
稳定性Stability¹

1 s
2.2 10^-13
10 s
7.0 10^-14
100 s
2.0 10^-14
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7.0 10^-14
Floor
< 4.0 10-15 (@ 5 000 s)

相噪音Phase noise

Offset (Hz)
5MHz Output
1
-122 dBc
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-155 dBc
10,000
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100,000
-155 dBc

精度Accuracy
High predictability: low floor noise and accuracy of a few 10-15 expected²
输出Available outputs
Output frequencies: 5, 10 and 100?MHz
Synchronization options: PPS input & output
电源要求Power

Operating power
200 W
Peak power
250 W

尺寸Dimensions/weight

Height
120 cm
Width
51 cm
Depth
40 cm
Weight
75 kg

应用Applications
? Time metrology and calibration
? Telecommunications
? Global Navigation Satellite Systems & radionavigation
原子钟官方网站：http://www.felles.cn/jiguangyiqi/yuanzizhong.html

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孚光精仪

第5楼2017/08/04

这款铷原子钟,atomic clock是全球首个基于超冷铷原子技术的商业化冷原子钟，它是欧洲15年来的科研结晶，符合LNE-SYRTE全球时间标准。

这款铷原子钟基于激光操纵冷原子技术，操作原理基于微波问诊大原子云技术，制冷到数个uk的温度，这样原子介质表现出极佳的稳定性，不受外界环境影响。
这款铷原子钟长时间具有良好的信噪比，使得非常稳定的光谱测量成为可能。
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这款铷原子钟基于激光操纵冷原子技术，操作原理基于微波问诊大原子云技术，制冷到数个uk的温度，这样原子介质表现出极佳的稳定性，不受外界环境影响。
这款铷原子钟长时间具有良好的信噪比，使得非常稳定的光谱测量成为可能。
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