NIM-Sr2 锶原子光晶格钟物理系统研究

锶原子光晶格钟在基础物理研究和时间频率精密测量领域中占有重要的地位。 中国计量科学研究院在第 1 套锶原子 光晶格钟 NIM-Sr1 的基础上,开展了进一步提升光钟性能的研究,研制出了第 2 套锶原子光晶格钟 NIM-Sr2。 NIM-Sr2 的物理系 统在量子参考体系制备、钟激光探寻及系统频移评估等方面进行了重新设计。 在原子炉和磁光阱之间新增真空差分结构,使原 子炉的运行对磁光阱区域真空压力的影响降低到 1×10 -8 Pa;将塞曼减速器中的通电线圈替换为永磁铁,优化了水冷反亥姆霍 兹线圈的缠绕方式,并向外延伸塞曼减速器通光窗口,把磁光阱区域环境温度的不均匀性降低到了 0. 166 K。 系统频移评估表 明,这些物理系统的改进显著减小了 NIM-Sr2 的系统频移不确定度,达到了 7. 2×10 -18 。     

新型长距离无导轨激光干涉仪

外腔半导体激光的线宽小于100 kHz,干涉相干距约为1000 m,波长可调节范围超过100 nm(1495～1645nm),应用上述二项特性,通过改变波长(频率)测得任意点到仪器的距离(不需要在测量计数时移动反光镜).其测量距离大于100 m,分辨率可以优于3 nm,不确定度可以达到2.5×10-6 L,达到工程测量对测长仪器的要求.为提高测量不确定度,还可以使用2个或2个以上特定波长,通过小数重合法,更精确测得与被测点的距离,不确定度可以达到5×10-7 L.其优点是:测量时无需导轨移动测量镜(对比双频激光干涉仪)、可以挡光进行间断测量(对比激光跟踪仪)、测量不确定度和分辨率精度指标高(对比激光测距仪).可以为尺寸大、形状复杂的几何物件和大型建筑物、基线场等精密测量提供十分有效的方法和工具.     

小型化碘稳频532nm固体激光器

传统532nm波长碘稳频固体激光频标装置虽然能达到很高的频率稳定度和不确定度,但装置比较庞大,不便搬运。而对于一些对激光频率稳定度要求不高的实际应用,如绝对重力仪等,缩小装置的体积以易于搬运,成为更为关注的因素。建立一套小型化532nm固体激光器,该系统体积小巧,易于搬运。通过与原有碘稳频532nm固体激光标准装置的进行拍频测量实验,得到1s的阿伦偏差为2.4×10-12,并计算得到该激光器的频率绝对值为563260223436kHz,对应的频率不确定度为52kHz(包含因子k=2)。该系统已被用于中国计量科学研究院的绝对重力仪中。     

超稳激光技术及其在锶光钟研究中的实现

中国计量科学研究院于2008年、2011年和2018年先后研制了百赫兹、赫兹和亚赫兹量级的超稳激光系统.本文主要介绍各种指标的超稳激光实现的途径及条件,论述参考腔、快速反馈锁定技术及如何运用精密控制技术抑制外界环境对参考腔腔长的影响,获得10-15或更高频率稳定度的超稳激光.从实验上将半导体激光器稳定锁定到30 cm长...     

激光反馈干涉－计算机细分的小位移测量

本文简述了光反馈激光开关干涉的基本原理，详细描述了应用计算机图象处理技术对方波信号进行内插细分的小位移测量方法及测量装置。使用这种方法可以达到０．００２μｍ的分辨率，其测量不确定度为０．０２μｍ（２σ）。实验表明，这种方法适用于在实验室条件下对小位移进行精密测量。     

时间单位——秒的演进

正斗转星移,四季更替。宇宙中一切物质的起源和消失,地球上一切生命的诞生和灭亡,人类间一切活动的开始和结束,都和时间紧密联系在一起。那么,世界这么大,大家的时间是如何统一的呢?秒定义和原子时的由来人类对时间的认识,总的来说,经历了一个从天文时、世界标准时到原子时的过程。自古以来,人类通过对日月星辰的观察,将1小时分为60分钟,1分钟又分为60秒,也就是一天为86400秒,从而得到了秒长,也称为天文时。到了工业革命初期,世界各地的时间还没有统一的标准,导致火车剐蹭与相撞事故时有发生。随着     

基于 NIM-Sr1 光晶格钟驾驭氢钟产生本地时标的研究

光钟在生成高性能原子时标方面有很大的潜力。 本文介绍了以中国计量科学研究院(NIM)的 NIM-Sr1 光晶格钟为参 考生成本地时标的基本思路,评估了实验室目前用作飞轮振荡器的 HM57 氢钟的噪声参数。 针对 NIM-Sr1 光晶格钟作为基准 钟长期间歇运行时的运行率和时间分布,设计了对测量数据的分段处理方式。 通过对 2022 年 9 月和 10 月 NIM-Sr1 光晶格钟 与 HM57 氢钟比对数据的后处理,生成了光钟驾驭的纸面时标 TS(P),其在 60 天内相对于 TT(BIPM22) 的最大时间偏差为 0. 7 ns,验证了驾驭方法的可靠性。 搭建了以 NIM-Sr1 光晶格钟为参考驾驭 HM57 氢钟生成本地实时物理时标的实验系统,并 评估了 2023 年 4 月生成的实时物理时标 TS(R)的性能,其在 30 天内相对于 UTC 的最大时间偏差为 0. 89 ns。     

可时序控制的激光功率稳定系统

在锶原子光晶格钟实验中,为了应对多变的实验环境和复杂的实验需求,使得某些光路中的激光不仅能够保证功率稳定,还可以进行时序性调控,采用了声光调制的方法,基于声光晶体的衍射效率随加载于其上的射频功率变化而变化这一原理,建立了一套反馈控制系统,实现了激光功率的主动稳定以及功率设定值的时序性可控。结果表明,在该系统中激光会根据时序控制信号稳定地工作在控制范围内的任意功率强度上,与无功率稳定的状态相比,激光功率的稳定度从10-2量级提高到了10-4量级。该系统的特点在于能够对功率进行稳定的时序控制。     

相位锁定至超窄线宽激光的高相干性双光梳研究

研究并实现了一种相位锁定至超窄线宽激光的双光梳系统。实验通过将两台重复频率约为200MHz、重复频率差约为17 kHz的掺铒锁模激光器的对应梳齿,同时分别锁定到两台不同波长(1542 nm和1560 nm)的窄线宽连续激光器上,实现了相位相干且稳定度高的双光梳。锁定后单台光梳的梳齿线宽均低于5Hz(受限测试条件),两台光梳的相对线宽小于0.35Hz。该双光梳系统对于高精度光谱分析、时频传递,尤其是绝对距离测量等领域具有重要的应用价值。