线形Paul阱中镉113离子基态超精细结构的高精度测量

批准号:
11304177
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张建伟
依托单位:
学科分类:
A2102.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:
杨东海、王正博、马晓欣、王时光、缪凯、黄家强
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中文摘要
镉113离子在量子频标、量子信息和基础物理研究等领域具有重要应用前景,镉113离子基态超精细结构与这些应用息息相关,但目前对其高精度的实验测量很少,现有测量数据精度不能满足应用需求。在前期的研究中,我们采用激光冷却、激光光泵浦和光检测技术,对囚禁在线形四极Paul阱中的镉离子的基态超精细分裂跃迁频率进行了测量,其中镉113离子的测量结果与国际上最新报道的结果吻合,测量精度略有提高,由1.3E-11提高到7.9E-12。在本项目中,我们计划在前期工作基础上,把镉113离子基态超精细结构测量精度提高到5E-13水平。为了实现这个目的,我们要进一步研究测量过程中二阶Zeeman频移和二阶Doppler效应的影响,提高相应修正精度。本课题将首次给出精度达到5E-13水平的镉113离子基态超精细结构常数,该结果将促进原子结构等理论研究,并在频标和量子信息等领域得到应用。
英文摘要
113Cd+ ions are found promising applications in the frequency metrology, quantum information processing and the fundamental physics, all of which relate to the ground-state hyperfine structure of cadmium ions. However, there are few of high-precision measurements of the ground-state hyperfine splitting of 113Cd+ in the past decades, and the precision of the existing results is far from the mentioned applications. Recently, we measured the ground-state hyperfine splitting of the laser-cooled cadmium ions in a linear quadrupole Paul trap with the techniques of laser cooling, laser pump and fluorescence detection. The obtained results of 113Cd+ consistents with the up-to-date measurement by other groups very well and the precision is slightly improved from 1.3E-11 to 7.9E-12. In this project, we are going to improve the measurement precision of the ground-state hyperfine structure of 113Cd+ to 5E-13 level based on our previous reseach. In order to achieve this object, we are going to study the second-order Zeeman shift and the second-order Doppler effect during the measurement more closely than before to improve the frequency shift corrections. By this project, the ground-state hyperfine structure constant of 113Cd+ ions is expected to measured at the 5E-13 level for the first time in the world, which could support the theoretical research of the atomic structure and open a new way for 113Cd+ ions in the applications of frequency standards and quantum information processing.
镉113离子在量子频标、量子信息和基础物理研究等领域具有重要应用前景,镉113离子基态超精细结构与这些应用息息相关,但目前对其高精度的实验测量很少,现有测量数据精度不能满足应用需求。本项目的研究目标是实现对镉113离子基态超精细结构的高精度测量,测量精度达到5E-13水平。为了实现该目标,课题组对离子阱进行了优化设计,将微波天线集成于离子阱电极中;完善了离子阱物理系统的磁屏蔽罩,并利用磁通门对离子阱附近磁场实施主动稳定控制;优化了系统光路的设计,并对激光频率和功率进行了主动控制;利用FPGA技术自制了高精度的时序控制电路;实现了系统闭环锁定,并优化了系统各个主要运行参数;深入研究了镉离子在阱中的二阶Zeeman频移和二阶Doppler频移,提高相应修正精度;测量了系统海拔高度,计算了系统引力红移;将中国计量院的UTC-NIM信号传输到清华大学作为测量参考信号,保证了测量基准的精度。最终,镉113离子基态超精细结构实验测量不确定度达到6.6e-14,超出美国JPL测量精度约200倍,该结果显著优于本课题计划达到的测量精度。镉113离子基态超精细能级分裂频率值的高精度测量,完善了该元素原子结构数据的精度,为原子结构与原子物理相关基础研究提供了实验数据支撑。同时,镉113离子非常适合用于微波原子钟的研制,该课题的测量结果也将有力的推动镉113离子阱微波钟的发展。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1088/1674-1056/25/6/063701
发表时间:2015-09
期刊:arXiv: Atomic Physics
影响因子:--
作者:J. Huang;X. Yan;C. F. Wu;J. Zhang;Y. Feng;L. J. Wang
通讯作者:J. Huang;X. Yan;C. F. Wu;J. Zhang;Y. Feng;L. J. Wang
Toward a transportable microwave frequency standard based on laser-cooled Cd-113(+) ions
迈向基于激光冷却 Cd-113( ) 离子的可移动微波频率标准
DOI:--
发表时间:2013
期刊:Applied Physics B-Lasers and Optics
影响因子:2.1
作者:Wang, S. G.;Miao, K.;Wang, Z. B.;Wang, L. J.
通讯作者:Wang, L. J.
High accuracy measurement of the ground-state hyperfine splitting in a Cd-113(+) microwave clock
Cd-113( ) 微波钟中基态超精细分裂的高精度测量
DOI:--
发表时间:2015
期刊:Optics Letters
影响因子:3.6
作者:Wang, S. G.;Zhang, A. M.;Liang, K.;Wang, L. J.
通讯作者:Wang, L. J.
Note: A novel design of a microwave feed for a microwave frequency standard with a linear ion trap
注:带有线性离子阱的微波频率标准的微波馈源的新颖设计
DOI:--
发表时间:2014
期刊:The Review of scientific instruments
影响因子:--
作者:Zhang, J. W.;Miao, K.;Wang, S. G.;Wang, Z. B.
通讯作者:Wang, Z. B.
DOI:10.1088/1674-1056/24/11/113701
发表时间:2015-05
期刊:arXiv: Atomic Physics
影响因子:--
作者:J. Huang;J. Zhang;S. Wang;Z. B. Wang;L. J. Wang
通讯作者:J. Huang;J. Zhang;S. Wang;Z. B. Wang;L. J. Wang
小型化激光冷却镱离子微波频标关键技术研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:61万元
- 批准年份:2020
- 负责人:张建伟
- 依托单位:
国内基金
海外基金
