銫原子噴泉鐘冷原子碰撞頻移的測量研究
發(fā)布時間：2021-06-17 12:39
時間單位“秒”被定義為“海平面上、無干擾的133Cs原子基態(tài)超精細能級躍遷9192631770個周期持續(xù)的時間”。銫原子噴泉鐘是復現上述“秒”定義頻率的基準裝置,用于對其它原子鐘的頻率值進行標校。中國科學院國家授時中心承擔著產生和保持、發(fā)播國家標準時間UTC（NTSC）的任務。研制銫原子噴泉鐘可以實時標校本地原子時TA（NTSC）,從而擺脫對國際計量局滯后一個月公布數據的依賴,提高國家標準時間UTC（NTSC）的性能。銫原子噴泉鐘的工作介質是冷銫原子,原子互相碰撞使得兩個銫原子核外價電子的自旋狀態(tài)發(fā)生交換,造成銫原子超精細能級結構的能級發(fā)生移動,從而導致銫原子超精細磁子能級躍遷頻率的變化,產生了冷原子碰撞頻移。這是限制銫原子噴泉鐘頻率不確定度提高的主要系統誤差之一。本文圍繞冷原子碰撞頻移開展研究,在理論方面對冷原子碰撞頻移的物理機制進行了分析,提出了一種新的減小冷原子碰撞頻移的方法;在實驗方面采用差分方法測量了冷原子碰撞頻移,評估的冷原子碰撞頻移B類不確定度為6.5×10-16。具體研究內容如下:（一）冷原子碰撞頻移測量的理論研究。依據量子散...
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院國家授時中心)陜西省
【文章頁數】：147 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
銫133原子能級圖
和一對反赫姆霍茲線圈產生的梯度磁場的共同作用下對銫原子進行，以制備冷原子樣品。上拋階段是將磁場關閉完全，分別給上下對射頻率增量-L 和L ，從而在豎直方向上使冷原子團獲得1,1,13 度。偏振梯度冷卻階段是在完成上拋動作后把激光失諧量增大,而光的規(guī)律衰減至零，從而獲得更低溫度的冷原子樣品。選態(tài)階段是在原行進入選態(tài)腔后利用選態(tài)微波脈沖和推斥光制備量子態(tài)為|F=3,mF=。激勵階段是指選態(tài)后的原子在上拋和下降時，兩次飛行通過激勵腔 微波脈沖作用，產生 Ramsey 躍遷。在檢測階段，通過計算探測系的原子的熒光信號——飛行時間信號（Time of Flight,TOF）[30]可ey 信號，這種 Ramsey 信號如圖 1.3 所示。該 Ramsey 信號是中國科時中心的銫原子噴泉鐘 NTSC-F1 第一次獲得的銫原子噴泉鐘的鐘躍圖中小方框內的是 Ramsey 中央條紋，其半高寬 1.4Hz。
第一章 緒 論和控制。銫原子噴泉鐘的頻率控制采用半高寬鎖定技術[31]。其方法是對輸入激勵腔的微波頻率加一個方波調制，其調制寬度為 Ramsey 譜線中央條紋寬度 的一半，調制周期為噴泉鐘的一個運行周期，采用兩個噴泉運行周期分別獲取饋入微 波 頻 率 在0 2和0 2處 的 躍 遷 概 率 ， 將 躍 遷 概 率 差0 02 2P P P 作為誤差信號進行反饋，控制晶振或飛輪鐘輸出的微波頻率，將其鎖定在銫原子穩(wěn)定的鐘躍遷頻率上。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Progress of the NTSC-F1 primary frequency standard[J]. RUAN Jun,WANG Xinliang,LIU Dandan,GUAN Yong,ZHANG Hui,CHEN Jiang,LIN Rui,YU Fengxiang,SHI Junru,ZHANG Shougang. Instrumentation. 2015(04)
[2]時間頻率基準裝置的研制現狀[J]. 阮軍,王葉兵,常宏,姜海峰,劉濤,董瑞芳,張首剛. 物理學報. 2015(16)
[3]新型原子鐘發(fā)展現狀[J]. 張首剛. 時間頻率學報. 2009(02)
[4]擴束準直光學系統中光學元件失調對高斯光束傳輸變換的影響分析[J]. 周勝國,沈學舉. 應用光學. 2008(02)
[5]冷原子EIT介質的原子數目和溫度的測量[J]. 韓燕旭,王波,馬杰,校金濤,王海. 量子光學學報. 2007(01)
[6]用吸收法對銫原子磁光阱中冷原子數目的測量[J]. 王彥華,楊海菁,張?zhí)觳?王軍民. 物理學報. 2006(07)
[7]NIM4#激光冷卻銫原子噴泉鐘──新一代國家時間頻率基準[J]. 李天初,李明壽,林平衛(wèi),黃秉英. 計量學報. 2004(03)
[8]銫原子噴泉的飛行時間信號[J]. 黃秉英,李天初,林平衛(wèi),李明壽,錢進,王平,干云清,辛明德,趙曉惠,陳偉亮. 中國激光. 2003(12)
[9]高斯光束通過傾斜光學元件的變換特性[J]. 季小玲,呂百達. 激光技術. 2001(05)
[10]原子噴泉中回落信號原子數損失的估計[J]. 黃秉英,干云清. 現代測量與實驗室管理. 2001(01)
博士論文
[1]銫原子噴泉鐘物理系統的研制[D]. 吳長江.中國科學院研究生院（國家授時中心） 2012
[2]守時型銫原子噴泉鐘關鍵技術的研究和實現[D]. 阮軍.中國科學院研究生院(國家授時中心) 2012
[3]原子干涉重力梯度測量原理性實驗研究[D]. 段小春.華中科技大學 2011
碩士論文
[1]銫原子噴泉鐘Ramsey和Rabi牽引頻移研究[D]. 施俊如.中國科學院研究生院(國家授時中心) 2016
[2]銫原子噴泉鐘冷原子粘團的制備及參數測量[D]. 陳江.中國科學院研究生院(國家授時中心) 2012
本文編號：3235209
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院國家授時中心)陜西省
【文章頁數】：147 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
銫133原子能級圖
和一對反赫姆霍茲線圈產生的梯度磁場的共同作用下對銫原子進行，以制備冷原子樣品。上拋階段是將磁場關閉完全，分別給上下對射頻率增量-L 和L ，從而在豎直方向上使冷原子團獲得1,1,13 度。偏振梯度冷卻階段是在完成上拋動作后把激光失諧量增大,而光的規(guī)律衰減至零，從而獲得更低溫度的冷原子樣品。選態(tài)階段是在原行進入選態(tài)腔后利用選態(tài)微波脈沖和推斥光制備量子態(tài)為|F=3,mF=。激勵階段是指選態(tài)后的原子在上拋和下降時，兩次飛行通過激勵腔 微波脈沖作用，產生 Ramsey 躍遷。在檢測階段，通過計算探測系的原子的熒光信號——飛行時間信號（Time of Flight,TOF）[30]可ey 信號，這種 Ramsey 信號如圖 1.3 所示。該 Ramsey 信號是中國科時中心的銫原子噴泉鐘 NTSC-F1 第一次獲得的銫原子噴泉鐘的鐘躍圖中小方框內的是 Ramsey 中央條紋，其半高寬 1.4Hz。
第一章 緒 論和控制。銫原子噴泉鐘的頻率控制采用半高寬鎖定技術[31]。其方法是對輸入激勵腔的微波頻率加一個方波調制，其調制寬度為 Ramsey 譜線中央條紋寬度 的一半，調制周期為噴泉鐘的一個運行周期，采用兩個噴泉運行周期分別獲取饋入微 波 頻 率 在0 2和0 2處 的 躍 遷 概 率 ， 將 躍 遷 概 率 差0 02 2P P P 作為誤差信號進行反饋，控制晶振或飛輪鐘輸出的微波頻率，將其鎖定在銫原子穩(wěn)定的鐘躍遷頻率上。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Progress of the NTSC-F1 primary frequency standard[J]. RUAN Jun,WANG Xinliang,LIU Dandan,GUAN Yong,ZHANG Hui,CHEN Jiang,LIN Rui,YU Fengxiang,SHI Junru,ZHANG Shougang. Instrumentation. 2015(04)
[2]時間頻率基準裝置的研制現狀[J]. 阮軍,王葉兵,常宏,姜海峰,劉濤,董瑞芳,張首剛. 物理學報. 2015(16)
[3]新型原子鐘發(fā)展現狀[J]. 張首剛. 時間頻率學報. 2009(02)
[4]擴束準直光學系統中光學元件失調對高斯光束傳輸變換的影響分析[J]. 周勝國,沈學舉. 應用光學. 2008(02)
[5]冷原子EIT介質的原子數目和溫度的測量[J]. 韓燕旭,王波,馬杰,校金濤,王海. 量子光學學報. 2007(01)
[6]用吸收法對銫原子磁光阱中冷原子數目的測量[J]. 王彥華,楊海菁,張?zhí)觳?王軍民. 物理學報. 2006(07)
[7]NIM4#激光冷卻銫原子噴泉鐘──新一代國家時間頻率基準[J]. 李天初,李明壽,林平衛(wèi),黃秉英. 計量學報. 2004(03)
[8]銫原子噴泉的飛行時間信號[J]. 黃秉英,李天初,林平衛(wèi),李明壽,錢進,王平,干云清,辛明德,趙曉惠,陳偉亮. 中國激光. 2003(12)
[9]高斯光束通過傾斜光學元件的變換特性[J]. 季小玲,呂百達. 激光技術. 2001(05)
[10]原子噴泉中回落信號原子數損失的估計[J]. 黃秉英,干云清. 現代測量與實驗室管理. 2001(01)
博士論文
[1]銫原子噴泉鐘物理系統的研制[D]. 吳長江.中國科學院研究生院（國家授時中心） 2012
[2]守時型銫原子噴泉鐘關鍵技術的研究和實現[D]. 阮軍.中國科學院研究生院(國家授時中心) 2012
[3]原子干涉重力梯度測量原理性實驗研究[D]. 段小春.華中科技大學 2011
碩士論文
[1]銫原子噴泉鐘Ramsey和Rabi牽引頻移研究[D]. 施俊如.中國科學院研究生院(國家授時中心) 2016
[2]銫原子噴泉鐘冷原子粘團的制備及參數測量[D]. 陳江.中國科學院研究生院(國家授時中心) 2012
本文編號：3235209
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