1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室 陕西 西安 710600
2 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西 太原 030006
3 中国科学院大学天文与空间科学学院 北京 100049
光钟在时间保持、精密测量、暗物质探测等方面有广泛的应用。可搬运光钟研制是光钟的重要方向,它是不同类型光钟比对以及引力红移测量的重要设备。研制用于冷原子制备的可搬运冷却光源是实现可搬运光钟研制的关键。本文主要介绍了可搬运锶光钟二级冷却光源的研制。首先,通过Pound-Drever-Hall稳频技术将半导体激光器锁定在超稳腔上,实现了用于锶光钟二级冷却的689 nm窄线宽稳频光源,其线宽优于 263 Hz,频率秒稳定度优于1.56×10-14。另外,利用注入锁定技术制备了两台同等性能的光源,分别用作二级冷却阶段的俘获光和匀化光。整个光学系统集成在一个0.56m2的光学面包板,通过光纤与真空系统耦合,整体可搬运。利用该稳频光源,实验上制备了数目为2×106,温度为5.3K的二级冷却原子团,这为下一步进行光晶格原子装载和钟跃迁谱探测奠定了基础。
可搬运锶光钟 二级冷却 立方体腔 可搬运稳频光源 transportable 87Sr optical lattice clock the second-stage cooling cubic cavity the transportable frequency stabilized laser sourc 量子光学学报
2023, 29(2): 020201
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 合肥国家实验室，安徽 合肥 230088
3 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
利用87Sr光晶格钟与氢钟的频率比对测量了氢钟的频率稳定度。在89%的光晶格钟有效运行率下，经过约10 d的测量得出氢钟的频率稳定度，并由此推导出氢钟噪声模型的相关参数。根据氢钟噪声模型生成的随机噪声序列，对由测量死时间导致的频差进行了 100 次模拟，并以模拟结果的1倍标准差为测量不确定度。不同有效运行率下，氢钟测量不确定度的计算结果表明，由氢钟测量死时间导致的不确定度随有效运行率的增加而减小，且在有效运行率小于10%时，增加总的测量时间可以显著减小测量不确定。
测量 光频测量 氢钟噪声模型 光晶格钟 稳定度 光学学报
2023, 43(13): 1312003
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
光钟在近20年里发展迅速，稳定度和系统不确定度均比当前最好的微波原子钟高出两个量级，目前已有10个光学跃迁被国际计量局选定为二级秒定义并参与原子时的产生。本文介绍了光钟的工作原理和系统性能的评估，阐述了离子光钟和光晶格钟的最新研究进展，并总结了光钟绝对频率测量方法和进入二级秒定义的光频跃迁的测量结果。
光通信 光钟 光频标 秒定义 原子钟 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106003
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
在87Sr空间光晶格钟原理样机上实验观测了原子碰撞对谱线激发率抑制以及对谱线的展宽，并观测到由非弹性碰撞导致的原子损耗。通过简单地将原子数从6000减小至2000，实现了线宽为1.9 Hz的钟跃迁谱线，并将空间光晶格钟原理样机的稳定度提升至1×10-15（τ/s）-0.5。相关实验结果对研究光晶格的多体相互作用对钟跃迁谱线的影响具有重要意义。
原子与分子物理学 空间光晶格钟 钟跃迁谱线 相互作用 自比对稳定度
1 太原工业学院材料工程系, 太原 030013
2 山西大学分子科学研究所, 山西省能源转换与存储重点实验室, 太原 237016
近年来化石燃料大量消耗导致环境污染日益严重, 固体氧化物电解池(SOEC)能够高效、环境友好地将CO2转化为CO等高附加值化学品, 因此受到广泛关注。开发高效稳定的SOEC需要采用性能优异的电极材料, La0.7Sr0.3Cr0.5Fe0.5O3-δ(Sto-LSCrF)钙钛矿氧化物因其优异的氧化还原稳定性受到了高度重视。为进一步提高Sto-LSCrF燃料电极材料电解CO2的能力, 在Sto-LSCrF的A位掺杂Ce来调控Ce0.08La0.62Sr0.3Cr0.5Fe0.5O3-δ(Ce-LSCrF)中可移动氧空穴含量以便提高其对CO2的吸附/活化能力, 进而改善其电化学性能。同时对材料的相结构、氧空穴含量以及其对CO2的吸附/脱附能力进行详细的表征和分析。此外, 我们还探究了Ce-LSCrF的电化学性能, 发现与Sto-LSCrF相比, Ce-LSCrF燃料电极表现出较高的电解性能, 也显示出较好的恒压稳定性, 电解性能的增强归因于Ce-LSCrF晶格中较多的可移动氧空位可有效吸附/活化CO2, 以上试验结果表明Ce-LSCrF是性能优异的CO2电解材料。
固体氧化物电解池 钙钛矿 电解CO2 氧空穴 燃料电极 Ce掺杂 solid oxide electrolysis cell perovskite oxide electrolysis of CO2 oxygen vacancy fuel electrode Ce-doping
光学 精密工程
2022, 30(11): 1337
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
经过近20年的发展,基于光频跃迁的光晶格原子钟展示了优异的频率稳定度和不确定度,是重定义时间单位“秒”的有力候选者之一。随着地面基准光晶格原子钟性能的提升,光晶格原子钟已经成功地走出了实验室,实现了可搬运晶格原子钟并正在研制可在太空中运行的空间光晶格原子钟。本文综述了影响光晶格原子钟稳定度和准确度的关键因素,以及抑制或者消除这些因素的主要技术;并结合国内外的研究成果,综述了地面基准光晶格原子钟、可搬运光晶格原子钟和空间光晶格原子钟的技术特点和研究进展。
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，西安 710600
2 中国科学院大学 天文与空间科学学院，北京 100049
本文聚焦于小体积、低能耗和高减速效率的Zeeman减速器的研制，首先在12组通电线圈磁场的基础上制作了环状永磁体，但是测得永磁体在MOT腔中心位置剩余磁场仍有27Gauss，严重影响锶原子的一级冷却与俘获。针对这一问题我们研制了长度为10 cm的小型线圈减速器，同时为减少线圈发热进一步提出对称磁场理论。用小型减速器装配物理系统后，我们对锶原子束的速度分布曲线进行探测与分析，可知锶原子束的最概然速度由460 m/s减小至75 m/s，减速后的原子在磁光阱中被进一步冷却，实现了锶原子的一级冷却与俘获，通过荧光收集法测出俘获原子数目为2×106，在加入679 nm和707 nm反抽运光后，俘获原子数目提升了约7倍。
空间锶原子光钟 Zeeman减速器 环状永磁体 space strontium atomic optical clock Zeeman slower ring-shaped permanent magnet
1 中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
主要介绍了可移动锶原子光晶格钟的系统研制和钟跃迁谱线探测。光钟系统采用尺寸为120 cm×50 cm×60 cm的小型化物理系统,通过光纤将模块化的子光路系统与物理系统连接。经过一级461 nm激光和二级689 nm激光冷却后,得到原子数目为1.02×10 6、原子温度为5.45 μK的冷原子团。利用具有“魔术波长”的晶格光实现 87Sr的一维光晶格装载,晶格寿命为434 ms,晶格中原子温度为4.63 μK。在具有超窄线宽的698 nm钟激光探测下,得到边带可分辨的钟跃迁谱、窄线宽简并谱、自旋极化谱及拉比振荡曲线。经钟激光探询后,得到的自旋极化谱的谱线线宽为11.79 Hz,接近傅里叶探测极限的理论值,为可移动光钟的闭环工作提供了频率参考。
原子与分子物理学 可移动
87Sr光钟 小型化光钟 一维光晶格 钟跃迁谱线探测
1 黄冈师范学院,湖北 黄冈 438000
2 中国科学院国家授时中心,陕西 西安 710600
真空锁频系统是实现激光稳频的重要组成部分,在该系统中产生高分辨互组跃迁荧光谱((5s2)1S0→(5s5p)3P1)是分析原子谱线相关特性及精确测量跃迁频率等参数的前提。本文通过将装载有毛细管的准直器置于锶炉内,从源头减小原子束的发散角,将原子束的发散角减小至31 mrad。即减小原子束的横向速度,进而减弱光与原子作用的一阶多普勒频移,实验最终得到分辨率较高且线宽为26 MHz的互组跃迁荧光谱。锶原子互组跃迁荧光谱特性的相关研究对于光晶格原子钟锁频系统的建立具有重要意义,因此本文从实验上探讨并分析了锶炉温度和激光光强等因素对互组跃迁荧光谱的影响。
荧光谱线 原子束准直器 互组跃迁 锶原子光钟 fluorescence spectroscopy atomic beam collimator intercombination transition strontium optical clock
