小型化光抽运铯原子束频标稳定度的理论分析-计量学报.PDF

第３６卷　第６Ａ期 计　　　 量　　　学　　　报 　 Ｖｏｌ３６，№６Ａ ２０１５年１２月 ＡＣＴＡ　ＭＥＴＲＯＬＯＧＩＣＡ　ＳＩＮＩＣＡ 　 Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１５ ｄｏｉ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１０００１１５８２０１５ｚ１２８ 小型化光抽运铯原子束频标稳定度的理论分析 陈徐宗，　王　青，　于佳晨，　赵伟滨，　张　胤 齐向辉，　杨东海，　王义遒 （北京大学信息科学技术学院量子电子学研究所，北京 １００８７１） 摘要：为了研制高性能的光抽运铯原子钟，从理论和实验上充分分析了影响原子钟稳定度的噪声因素，通过定 量计算着重分析了影响原子钟短期稳定度与长期稳定度的各个因素，并做了相应的实验验证。分析了光抽运原子 钟的稳定度极限，提出了改进当前光抽运铯束原子钟性能的有效办法，提出了新一代的光抽运铯束原子钟的设计 方案，其稳定度将超过５０７１优质管磁选态铯原子钟指标。 关键词：计量学；光与原子相互作用；Ｒａｍｓｅｙ条纹；信噪比；阿伦方差 中图分类号：ＴＢ９３９　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１０００１１５８（２０１５）６Ａ０１０８０４ ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＯｐｔｉｃａｌＰｕｍｐｅｄＣｅｓｉｕｍＡｔｏｍｉｃＣｌｏｃｋ ＣＨＥＮＸｕｚｏｎｇ，　ＷＡＮＧＱｉｎｇ，　ＹＵＪｉａｃｈｅｎｇ，　ＺＨＡＯＷｅｉｂｉｎ，　ＺＨＡＮＧＹｉｎ， ＱＩＸｉａｎｇｈｕｉ，　ＹＡＮＧＤｏｎｇｈａｉ，　ＷＡＮＧＹｉｑｉｕ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ， ＰｅｋｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｖｅｌｏｐａｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｐｔｉｃａｌｐｕｍｐｅｄＣｅｓｉｕｍａｔｏｍｉｃｃｌｏｃｋ，ｔｈｅｎｏｉｓｅｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａｔｏｍｉｃｃｌｏｃｋａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅ ａｔｏｍｉｃｃｌｏｃｋｓｈｏｒｔｔｅｒｍｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｌｏｎｇｔｅｒｍｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｅｄ ｏｕｔＢａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｔａｂｉｌｉｔｙｌｉｍｉｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐｕｍｐｉｎｇａｔｏｍｉｃｃｌｏｃｋ，ａｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｌｙｐｕｍｐｅｄ Ｃｅｓｉｕｍｂｅａｍａｔｏｍｉｃｃｌｏｃｋｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｔｈａｔｉｓａｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌｌｙｐｕｍｐｅｄＣｅｓｉｕｍｂｅａｍａｔｏｍｉｃｃｌｏｃｋｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｄｅｇｒｅｅｗｉｌｌｅｘｃｅｅｄＨＰ５０７１ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｅｓｉｕｍｃｌｏｃｋｂａｓｅｄｏｎｍａｇｎｅｔｉｃｓｔａｔｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ；ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｐｈｏｔｏｎａｎｄａｔｏｍ；Ｒａｍｓｅｙｐａｔｔｅｒｎ；ｓｉｇｎａｌｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ；Ａｌｌａｎｖａｒｉａｎｃｅ 国、日本、加拿大、瑞士、韩国等）均对光抽运铯束原 １　引　言 子钟进行了研究。北京大学自上个世纪８０年代末