铯原子喷泉钟冷原子碰撞频移的测量研究
发布时间：2021-06-17 12:39
时间单位“秒”被定义为“海平面上、无干扰的133Cs原子基态超精细能级跃迁9192631770个周期持续的时间”。铯原子喷泉钟是复现上述“秒”定义频率的基准装置,用于对其它原子钟的频率值进行标校。中国科学院国家授时中心承担着产生和保持、发播国家标准时间UTC（NTSC）的任务。研制铯原子喷泉钟可以实时标校本地原子时TA（NTSC）,从而摆脱对国际计量局滞后一个月公布数据的依赖,提高国家标准时间UTC（NTSC）的性能。铯原子喷泉钟的工作介质是冷铯原子,原子互相碰撞使得两个铯原子核外价电子的自旋状态发生交换,造成铯原子超精细能级结构的能级发生移动,从而导致铯原子超精细磁子能级跃迁频率的变化,产生了冷原子碰撞频移。这是限制铯原子喷泉钟频率不确定度提高的主要系统误差之一。本文围绕冷原子碰撞频移开展研究,在理论方面对冷原子碰撞频移的物理机制进行了分析,提出了一种新的减小冷原子碰撞频移的方法;在实验方面采用差分方法测量了冷原子碰撞频移,评估的冷原子碰撞频移B类不确定度为6.5×10-16。具体研究内容如下:（一）冷原子碰撞频移测量的理论研究。依据量子散...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)陕西省
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
铯133原子能级图
和一对反赫姆霍兹线圈产生的梯度磁场的共同作用下对铯原子进行，以制备冷原子样品。上抛阶段是将磁场关闭完全，分别给上下对射频率增量-L 和L ，从而在竖直方向上使冷原子团获得1,1,13 度。偏振梯度冷却阶段是在完成上抛动作后把激光失谐量增大,而光的规律衰减至零，从而获得更低温度的冷原子样品。选态阶段是在原行进入选态腔后利用选态微波脉冲和推斥光制备量子态为|F=3,mF=。激励阶段是指选态后的原子在上抛和下降时，两次飞行通过激励腔 微波脉冲作用，产生 Ramsey 跃迁。在检测阶段，通过计算探测系的原子的荧光信号——飞行时间信号（Time of Flight,TOF）[30]可ey 信号，这种 Ramsey 信号如图 1.3 所示。该 Ramsey 信号是中国科时中心的铯原子喷泉钟 NTSC-F1 第一次获得的铯原子喷泉钟的钟跃图中小方框内的是 Ramsey 中央条纹，其半高宽 1.4Hz。
第一章 绪 论和控制。铯原子喷泉钟的频率控制采用半高宽锁定技术[31]。其方法是对输入激励腔的微波频率加一个方波调制，其调制宽度为 Ramsey 谱线中央条纹宽度 的一半，调制周期为喷泉钟的一个运行周期，采用两个喷泉运行周期分别获取馈入微 波 频 率 在0 2和0 2处 的 跃 迁 概 率 ， 将 跃 迁 概 率 差0 02 2P P P 作为误差信号进行反馈，控制晶振或飞轮钟输出的微波频率，将其锁定在铯原子稳定的钟跃迁频率上。
【参考文献】：
期刊论文
[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]时间频率基准装置的研制现状[J]. 阮军,王叶兵,常宏,姜海峰,刘涛,董瑞芳,张首刚. 物理学报. 2015(16)
[3]新型原子钟发展现状[J]. 张首刚. 时间频率学报. 2009(02)
[4]扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析[J]. 周胜国,沈学举. 应用光学. 2008(02)
[5]冷原子EIT介质的原子数目和温度的测量[J]. 韩燕旭,王波,马杰,校金涛,王海. 量子光学学报. 2007(01)
[6]用吸收法对铯原子磁光阱中冷原子数目的测量[J]. 王彦华,杨海菁,张天才,王军民. 物理学报. 2006(07)
[7]NIM4#激光冷却铯原子喷泉钟──新一代国家时间频率基准[J]. 李天初,李明寿,林平卫,黄秉英. 计量学报. 2004(03)
[8]铯原子喷泉的飞行时间信号[J]. 黄秉英,李天初,林平卫,李明寿,钱进,王平,干云清,辛明德,赵晓惠,陈伟亮. 中国激光. 2003(12)
[9]高斯光束通过倾斜光学元件的变换特性[J]. 季小玲,吕百达. 激光技术. 2001(05)
[10]原子喷泉中回落信号原子数损失的估计[J]. 黄秉英,干云清. 现代测量与实验室管理. 2001(01)
博士论文
[1]铯原子喷泉钟物理系统的研制[D]. 吴长江.中国科学院研究生院（国家授时中心） 2012
[2]守时型铯原子喷泉钟关键技术的研究和实现[D]. 阮军.中国科学院研究生院(国家授时中心) 2012
[3]原子干涉重力梯度测量原理性实验研究[D]. 段小春.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]铯原子喷泉钟Ramsey和Rabi牵引频移研究[D]. 施俊如.中国科学院研究生院(国家授时中心) 2016
[2]铯原子喷泉钟冷原子粘团的制备及参数测量[D]. 陈江.中国科学院研究生院(国家授时中心) 2012
本文编号：3235209
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)陕西省
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
铯133原子能级图
和一对反赫姆霍兹线圈产生的梯度磁场的共同作用下对铯原子进行，以制备冷原子样品。上抛阶段是将磁场关闭完全，分别给上下对射频率增量-L 和L ，从而在竖直方向上使冷原子团获得1,1,13 度。偏振梯度冷却阶段是在完成上抛动作后把激光失谐量增大,而光的规律衰减至零，从而获得更低温度的冷原子样品。选态阶段是在原行进入选态腔后利用选态微波脉冲和推斥光制备量子态为|F=3,mF=。激励阶段是指选态后的原子在上抛和下降时，两次飞行通过激励腔 微波脉冲作用，产生 Ramsey 跃迁。在检测阶段，通过计算探测系的原子的荧光信号——飞行时间信号（Time of Flight,TOF）[30]可ey 信号，这种 Ramsey 信号如图 1.3 所示。该 Ramsey 信号是中国科时中心的铯原子喷泉钟 NTSC-F1 第一次获得的铯原子喷泉钟的钟跃图中小方框内的是 Ramsey 中央条纹，其半高宽 1.4Hz。
第一章 绪 论和控制。铯原子喷泉钟的频率控制采用半高宽锁定技术[31]。其方法是对输入激励腔的微波频率加一个方波调制，其调制宽度为 Ramsey 谱线中央条纹宽度 的一半，调制周期为喷泉钟的一个运行周期，采用两个喷泉运行周期分别获取馈入微 波 频 率 在0 2和0 2处 的 跃 迁 概 率 ， 将 跃 迁 概 率 差0 02 2P P P 作为误差信号进行反馈，控制晶振或飞轮钟输出的微波频率，将其锁定在铯原子稳定的钟跃迁频率上。
【参考文献】：
期刊论文
[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]时间频率基准装置的研制现状[J]. 阮军,王叶兵,常宏,姜海峰,刘涛,董瑞芳,张首刚. 物理学报. 2015(16)
[3]新型原子钟发展现状[J]. 张首刚. 时间频率学报. 2009(02)
[4]扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析[J]. 周胜国,沈学举. 应用光学. 2008(02)
[5]冷原子EIT介质的原子数目和温度的测量[J]. 韩燕旭,王波,马杰,校金涛,王海. 量子光学学报. 2007(01)
[6]用吸收法对铯原子磁光阱中冷原子数目的测量[J]. 王彦华,杨海菁,张天才,王军民. 物理学报. 2006(07)
[7]NIM4#激光冷却铯原子喷泉钟──新一代国家时间频率基准[J]. 李天初,李明寿,林平卫,黄秉英. 计量学报. 2004(03)
[8]铯原子喷泉的飞行时间信号[J]. 黄秉英,李天初,林平卫,李明寿,钱进,王平,干云清,辛明德,赵晓惠,陈伟亮. 中国激光. 2003(12)
[9]高斯光束通过倾斜光学元件的变换特性[J]. 季小玲,吕百达. 激光技术. 2001(05)
[10]原子喷泉中回落信号原子数损失的估计[J]. 黄秉英,干云清. 现代测量与实验室管理. 2001(01)
博士论文
[1]铯原子喷泉钟物理系统的研制[D]. 吴长江.中国科学院研究生院（国家授时中心） 2012
[2]守时型铯原子喷泉钟关键技术的研究和实现[D]. 阮军.中国科学院研究生院(国家授时中心) 2012
[3]原子干涉重力梯度测量原理性实验研究[D]. 段小春.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]铯原子喷泉钟Ramsey和Rabi牵引频移研究[D]. 施俊如.中国科学院研究生院(国家授时中心) 2016
[2]铯原子喷泉钟冷原子粘团的制备及参数测量[D]. 陈江.中国科学院研究生院(国家授时中心) 2012
本文编号：3235209
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