【摘要】：時間頻率是迄今為止人類所能測量到的最為準(zhǔn)確的物理量,Cs原子噴泉鐘的系統(tǒng)相對不確定度已經(jīng)進入小數(shù)10~(-16)量級,而基于光頻段禁戒躍遷的光鐘更是將其系統(tǒng)相對不確定度評估至10~(-18)甚至10~(-19)的水平�，F(xiàn)如今高精度的時間頻率系統(tǒng)在計量學(xué)、衛(wèi)星導(dǎo)航、深空探測、甚長基線干涉、基本物理規(guī)律檢驗等領(lǐng)域發(fā)揮出了越來越重要的作用。~(27)Al~+離子的鐘躍遷線~1S_0-~3P_0躍遷的自然線寬只有8 mHz,由于它不存在電四極矩頻移、擁有較小的Zeeman頻移而且是目前所有光鐘體系中對黑體輻射最不敏感的離子,因此~(27)Al~+離子光鐘備受人們的青睞。然而由于缺乏~(27)Al~+離子直接冷卻~1S_0-~1P_1躍遷所需的167 nm激光器,~(27)Al~+離子目前無法被直接冷卻和探測從而必須采用量子邏輯技術(shù)實現(xiàn)。在我們實驗方案當(dāng)中,選用~(25)Mg~+作為邏輯離子實現(xiàn)對~(27)Al~+離子的協(xié)同冷卻和量子邏輯譜的讀出。本文將主要介紹圍繞~(27)Al~+離子量子邏輯譜的實現(xiàn)展開的一系列工作,這也是本人攻讀博士學(xué)位期間的主要研究工作,它們包括:1.搭建了一套鎂-鋁離子量子邏輯光鐘的物理系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng);2.進行了~(25)Mg~+-~(27)Al~+離子對的Raman邊帶冷卻,將其冷卻至振動基態(tài),借助該套裝置我們精確測量了~(25)Mg~+離子基態(tài)超精細結(jié)構(gòu)常數(shù)的大小;3.實現(xiàn)了~(27)Al~+離子~1S_0 ~3P_1躍遷量子邏輯譜的探測。以上研究工作為對于后續(xù)~(27)Al~+離子光鐘的實現(xiàn)奠定了扎實的基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1.127Al+離子能級結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生感應(yīng)磁場，同時量子化軸磁場也衰減，所以對于27Al+離子光鐘二階 Z鐘躍遷為 的躍遷，，該躍遷2，可以看出27Al+離子的鐘躍遷對磁場躍遷上述的這些優(yōu)越的性質(zhì)，除美國 N27Al+離子光鐘系統(tǒng)，這其中包括德國 則有中國科學(xué)院武漢物理數(shù)學(xué)研究所以得27Al+離子光鐘能夠成為第一個將系這些優(yōu)勢，但是其缺點同樣不可忽視。原子質(zhì)量只有 27，這導(dǎo)致27Al+離子在

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文2 實 驗 裝 置2.1 離子阱離子阱是用來對離子進行囚禁的裝置，它是開展 Al+離子光鐘所有實驗的核件。Earnshaw 定理告訴我們單純地依靠靜電場無法在自由空間當(dāng)中囚禁帶電粒目前在自由空間中囚禁離子有兩種不同類型的離子阱可選，其中之一是利用射場實現(xiàn)囚禁的 Paul 阱，另外一種是利用靜電場和靜磁場實現(xiàn)囚禁的 Penning 阱于 Penning 阱使用強磁場會引入較大的 Zeeman 頻移[116]，對于光鐘系統(tǒng)應(yīng)盡量使用。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O413

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本文編號：2623853