基于87Rb原子光频段拉比共振谱的气泡型原子功率标准研究
批准号:
11304360
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
30.0 万元
负责人:
康松柏
依托单位:
学科分类:
原子分子与光子相互作用
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
阎世栋、曹健、商俊娟、崔凯枫、郝强、王鹏飞
中文摘要
与将电磁场的频率锁定在原子跃迁谱上得到原子频率标准即原子钟类似,将电磁场的功率锁定在原子拉比共振谱上可以得到原子功率标准,从而提高电磁场强度的长期稳定度。目前,微波频段原子功率标准在原子钟、微波功率测量以及介电常数精密测量等领域得到了应用。但国际上还没有关于光频段原子功率标准研制报道。考虑到如今原子钟以及精密测量领域使用激光器已经相当广泛,并且对激光功率的稳定度要求越来越高,因此对光频段原子功率标准的研究具有重要的科研价值和应用前景。本项目拟采用气泡中87Rb蒸汽为介质,结合饱和吸收技术来研制87Rb原子光频段(S1/2,F=2-P3/2,F'=3)原子功率标准,并研究实验参数(调制系数、温度等)对拉比共振谱线型以及拉比频移影响的机理。通过参数优化后,预期实现激光功率的长期稳定度处于1E-5水平。该类气泡型原子功率标准容易在其他光频跃迁上实现并在原子钟和精密测量领域得到广泛应用。
英文摘要
In much the same way as the frequency of an electromagnetic field is stabilized to a atomic resonant transition in an atomic frequency standard or an atomic clock, the amplitude of a field can be stabilized to a atomic Rabi resonant spectrum in an atomic power standard. Such a power standard can improve the field's amplitude's long-term stability. At present, atomic power standards in the microwave regime have been used in the fields of atomic clocks, microwave power measurements, precision dielectric measurements and so on. However, there are no research reports about the atomic power standards in optical regime. Taking into account that lasers have been used extensively in the fields of atomic clocks and precision measurements where the requirements of laser's output power are more and more stable, the study of the optical atomic power standards meets the needs of the scientific researches and applications. The project intends to develop a kind of gas cell's atomic power standard based on the 87Rb atoms' optical transition (S1/2,F=2-P3/2,F'=3) with the saturated absorption technique and study the influences on Rabi resonance spectrum's shapes and shifts with the experimental parameters (modulation index, temperature etc.). By optimizing the parameters, the laser's long-term power stability is expected to achieve the level of 1E-5.Such a gas cell type atomic power stnadar can be easily realized in other optical transitions and widely used in the fields of atomic clocks and precision measurements.
近年来量子频标在基础科研和工业、国防科技领域中扮演了越来越重要的角色,比如光钟用来测量基本物理常数,微波钟为卫星导航提供天基和地基频率源等等。随着量子频标的性能指标越来越高,研究发现这些被用于制备量子态或者探寻量子跃迁的电磁信号会通过光或者微波功率频移效应来影响量子频标的长期稳定度。因此,对电磁场功率标准的探索和研制不仅有利于进一步提高量子频标准的性能指标,同时还可以服务于电磁场功率测量以及介电常数精密测量等领域。如同将电磁场的频率锁定在原子跃迁谱上得到原子频率标准类似,将电磁场的功率锁定在原子拉比共振谱可以得到原子功率标准。由于该参考来源于原子体系,因此对于外界环境干扰有天然的免疫性,从而保证电磁场强度的长期稳定度。目前对于微波功率标准已有报道,但是对于光频功率标准研究并不多,特别是基于原子气泡技术的光频参考还没有被报道过。本课题以气泡内的铷87碱金属蒸汽为介质,利用饱和吸收技术对铷原子光频跃迁功率标准进行了探索。虽然最终没有成功观测到该光频跃迁的拉比共振谱线,但该饱和吸收谱平台实现了接近于自然线宽的饱和吸收谱(约8兆赫兹)。利用该窄线宽的饱和吸收谱并结合频率调制技术,实现了基于半导体激光器 780 nm 波长标准2.5 E-13@10000 s 的频率稳定度,这是目前报道的该波长标准最好结果,其频率复现度在5千赫兹以内。该波长标准可作为二级标准用于铷光频校准、通讯波长的频率比对以及测量磁偶极常数以及电四极常数。理论分析了光频段拉比共振谱产生的条件以及推到出拉比共振谱解析式,为实验探索和实现光频拉比谱找到了理论依据。同时,我们也对利用电平参考锁定激光光强方法进行了研究,结果显示得到其长期稳定度能达到1 E-4 主要受限于标指标受限于电压基准的漂移。
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Stability limitations from optical detection in Ramsey-type vapour-cell atomic clocks
拉姆齐型蒸汽细胞原子钟中光学检测的稳定性限制
DOI:
10.1049/el.2015.1902
发表时间:
2015-10
期刊:
Electronics Letters
影响因子:
1.1
作者:
[S. Kang, M. Gharavipour, C. Affolderbach, G. Mileti]
通讯作者:
G. Mileti
星载铷原子钟频率长期漂移机理研究
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批准号:12173064
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项目类别:面上项目
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资助金额:60万元
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批准年份:2021
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负责人:康松柏
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依托单位:
国内基金
海外基金