高准确度的钙离子光频标

近年来,冷原子技术和激光技术促进了高精度光频标的发展,有望在建立时间基准、推动基础研究和满足国家需求等方面发挥重要的作用.本文介绍了中国科学院武汉物理与数学研究所近年来在高准确度钙离子(~(40)Ca~+)光频标研究方面的进展:采用新的ULE腔系统,实现了729 nm钟跃迁激光器1—100 s的频率稳定度均优于2×10~(-15),通过对外场和环境效应的控制及克服,特别是囚禁离子运动效应的抑制,获得单个钙离子光频标的不确定度优于5.5×10~(-17);通过两台光频标的比对,测得20000 s的稳定度也进入10~(-17)量级;基于高精度钙离子光频标平台,进行了相关精密测量的工作,包括:基于全球定位系统的超高精度远程光频绝对值测量方案,第二次测量了钙离子的光频跃迁绝对值,该测量结果再次被国际时间频率咨询委员会采纳,更新了钙离子的频率推荐值;精确测量了钙离子的钟跃迁魔幻波长,由此提出新型的全光囚禁离子光频标的方法;精密测量了钙离子的亚稳态寿命等参数.以上工作推动了基于冷原子的精密测量工作.     

离子光频标的原理和发展

人类对时间的计量历史可以追溯到几千年前,随着科学技术的发展与进步,人类对事件的计量精度也越来越精确。当前,世界上最精确的计时工具为光频标,可以达到百亿年不差一秒的水平。文章回顾了离子光频标的发展过程和当前的研究进展,简要介绍了钙离子光频标和量子逻辑铝离子光频标的原理及进展。     

超稳光生微波源研究进展

随着科技的进步以及精密测量应用技术的不断提高,超稳微波源的稳定度和噪声水平等技术要求不断提高,应用范围愈加广泛,包括高性能频标研究、网络雷达研制、深空导航系统等方面.基于超稳激光和飞秒光梳的超稳光生微波源是目前频率稳定度最高的微波频率源,相对频率稳定度可达10~(16)@1 s量级.该装置也是未来频率标准(光频标)推广应用的基础,无论是时间的产生还是绝大多数的精密测量,都需要将光频标的输出激光变换为超稳的基带频率信号后才能够实现.本文介绍了超稳光生微波源技术的发展、现状和应用需求.以国家授时中心研制的国内首套超稳微波频率源技术为主线,介绍了超稳光生微波源的原理和结构以及各组成部分的技术发展情况:超稳激光方面,着重介绍超稳光学腔研究和研制的进展以及Pound-Drever-Hall锁频技术、剩余幅度调制等噪声抑制技术;飞秒光梳方面,着重介绍目前最常用的掺铒光纤光梳系统的激光锁模、频率控制等技术发展;低噪声光电探测方面,着重介绍宽带光电探测噪声抑制技术和激光幅度噪声引起微波相位噪声的抑制技术.最后对光生超稳微波技术进行了总结和展望.     

电光相位调制器中剩余幅度调制变化的抑制

实验研究了电光相位调制中剩余幅度调制以及它的变化引起的碘稳频532 nm光频标的频率漂移。观测了电光晶体温度与剩余幅度调制和光频标锁定后激光频率之间的变化关系。研究了利用主动电压反馈抑制剩余幅度调制的实际效果和存在问题。提出并实现了采用主动温度反馈控制电光晶体温度对剩余幅度调制变化的抑制。实验表明,在主动温度反馈系统闭环后,剩余幅度调制基波成分的抑制程度超过40 dB,同时有效地控制了剩余幅度调制的变化。采用该系统后,没有发现产生附加的激光频率起伏。测量的百秒至万秒取样时间的激光频率稳定度可达到或优于5×10-15,明显地改善了碘稳频532 nm光频标的中长期激光频率稳定度。     

2005年诺贝尔物理学奖——光学再次被关注聚焦

瑞典皇家科学院决定,授予路易·格劳伯(ROYJGLAUBER)、约翰·霍尔(JOHNLHALL)和提阿多·汉斯(THEODORWHNSCH)2005年度诺贝尔物理学奖.格劳伯是因为他在光相干的量子理论方面的贡献,霍尔和汉斯则是因为他们在发展激光精密光谱学,包括光频梳(OPTICALFREQUENCYCOMB)技术方面的贡献,而分别获此殊荣的.本文按历史进程简单评述了现代量子光学的发端,给出了现代量子光学的内容概要,较详细地介绍了汉斯和霍尔是如何发展光频梳技术以精确测量光频的.     

离子光频标的研究进展和空间应用展望

现在人们正发展和评估新型的光频标的特点和应用。光频标由于其参考频率在1015的量级,比微波频率高出4—5个数量级,在相同的谱线线宽条件下,光频标的精度与微波频标相比具有很大的优越性,可望成为新的频率基准,有可能在微重力环境中得到应用。     

激光冷却和捕陷中性原子③

6 激光冷却和捕陷中性原子技术的应用 前面已经提到,激光冷却和捕获中性原子技术最主要的应用是在精密计量和超冷原子物理两个方面.在精密计量方面最为典型的是可用于原子频标的"原子喷泉"(atomic fountain)技术;而在超冷原子物理方面最为典型的是玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation)和原子波激射器(atom laser)的实现.     

基于飞秒光频梳的压电陶瓷闭环位移控制系统

利用飞秒光频梳、外腔可调谐半导体激光器和法布里-珀罗干涉仪建立了一套压电陶瓷亚纳米级闭环位移控制系统. 将可调谐半导体激光器锁定至光频梳, 通过精确调谐光频梳的重复频率, 实现了半导体激光器在其工作频率范围内的精密调谐. 利用Pound-Drever-Hall锁定技术将带有压电陶瓷的法布里-珀罗腔锁定至半导体激光器, 进而通过频率发生系统控制压电陶瓷产生亚纳米级分辨率的位移. 实验研究发现锁定至光频梳后可调谐半导体激光器1 s的Allan标准偏差为1.68×10^-12, 将其在30.9496 GHz范围内进行连续闭环调谐, 可获得压电陶瓷的位移行程约为4.8 μm; 以3.75 Hz的步长扫描光频梳的重复频率, 实现了压电陶瓷的450 pm闭环位移分辨率并测定了压电陶瓷的磁滞特性曲线. 该系统不存在非线性测量误差, 且激光频率及压电陶瓷位移均溯源至铷钟频率源. 关键词： 光频梳 压电陶瓷 法布里-珀罗腔 可调谐半导体激光器     

用激光二极管自混合干涉测量距离

通过改变激光二极管工作电流,利用自混合干涉信号的相位变化来测量外腔长度.激光二极管工作电流变化导致激光频率变化.工作电流变化引起的干涉信号的相位变化与外腔长度成正比.干涉信号的相位变化2π,对应光频变化的等效长度的1/2.由于改变工作电流激光二极管激光光频可调节范围远小于激光频率,光频变化的等效长度远大于激光波长,激光二极管自混合干涉测量距离的精度远小于测量位移的精度.     

超快激光与激光频率梳

用光干涉理论和傅里叶变换的知识,定性半定量的分析超快激光和激光频率梳,根据多光束干涉的结论分析锁模技术形成超快脉冲激光的原理以及超快激光的时域特性,用傅里级数和傅里叶变换的性质分析超快激光频率梳的物理图像、脉冲激光的时域脉宽与频域带宽的关系、以及时域脉冲间隔与频域频率间隔的关系.介绍频率梳在光频测量中的应用.