镱原子光钟晶格激光频率稳定系统的实验研究
[Abstract]:The instability of optical lattice clock based on neutral ytterbium atom has reached the order of small coefficient E-18 in the average time of kilosecond, and has been identified as a candidate atomic clock system defined by SI second-order second. The optical lattice field is a landmark contribution to the optical clock based on neutral atom. It can effectively improve the SNR of the atomic clock and suppress the interaction between atoms. Due to the existence of a magic wavelength in the optical lattice field of the optical lattice atomic clock, the upper and lower energy levels of the clock transition move in the same size in the optical lattice field, which is crucial to the higher stability and accuracy of the optical lattice clock. Therefore, the control of the linewidth and frequency stability of the optical lattice field has become an important key technology. Focusing on this key technology, I designed and implemented a set of frequency stabilization systems based on optical transmission cavities during my graduate study, and realized the control of the linewidth and long-term frequency drift of the 759nm optical lattice field. The main work of this paper is summarized as follows: 1) A modulation transfer spectrum (MTS) frequency locking system based on 85Rb D2 transition is built, and a frequency reference source with stable wavelength of 780nm is obtained. Through two totally independent locking systems, the experimental results show that the locking system has a Allan standard deviation of less than 1kHz in the average time of 1 s. (2) the optical transmission cavity based on Yin steel alloy has been fabricated. The error signal is fed back to the reference cavity PZT by the Pound-Drever-Hall method (PDH), and the frequency reference source of the 780nm is locked by the reference cavity. The experimental results show that, The free spectral region of the transmission cavity is 375MHz and the fineness of the 780nm and 759nm laser are 236 and 341m3 respectively. Several sets of feedback systems are designed and fabricated to suppress the residual amplitude modulation (RAM). By controlling the temperature feedback of the electro-optic modulator, the frequency fluctuation produced by RAM is reduced. The experimental results show that the RAM noise in the 759nm PDH loop is the worst less than 2.3 kHz, under 0.1Hz, the RAM contribution in the open loop signal can be effectively suppressed after the transmission cavity is locked, but above 0.1Hz, Whether the transmission cavity is locked or not has little effect on the RAM. 4) through the locked transmission cavity, the narrow linewidth of the 759nm optical lattice field and the long-term frequency drift control are realized. Can achieve at least 10 consecutive hours of mode-free locking. The results show that the lattice laser has the Allan standard deviation of 6kHz at the average time of 1 s, and the maximum standard deviation of Allan caused by long-term drift is 261kHz (under the average time of 200s). During the post-graduate period, the transmission cavity frequency stabilization system I designed and implemented can ensure that the lattice light energy can be scanned with the step size of 600kHz, which will lay the foundation for the subsequent determination and locking of the magic number wavelength. The frequency drift characteristics after locking can ensure that the instability of Yb atomic optical lattice clock is less than 10-17.
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O562.3
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,本文编号:2247332
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