本文關(guān)鍵詞：冷銫原子微波頻標新方案探索與研究

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【摘要】：根據(jù)原子頻標短期頻率穩(wěn)定度的理論分析,可以從兩個方面提高穩(wěn)定度:一是延長Ramsey自由演化時間TR;二是發(fā)展連續(xù)測量系統(tǒng),消除Dick效應(yīng)的影響,研制1/τ原子頻標。本論文以這兩種技術(shù)方法為研究方向,開展冷銫原子微波頻標新方案的探索與研究。本論文首先研究了內(nèi)涂層泡明顯延長冷銫原子弛豫時間的可行性�？臻g冷銫原子頻標HORACE的Ramsey自由演化時間TR,受冷原子與石英泡壁間的碰撞弛豫影響,約為35 ms。為了抑制泡壁碰撞弛豫效應(yīng),延長TR以進一步提高頻率穩(wěn)定度,本文提出采用內(nèi)壁鍍α-烯烴的玻璃泡代替普通石英泡的方案。實驗利用積分球產(chǎn)生各向同性光對內(nèi)涂層泡內(nèi)銫原子進行冷卻,對冷銫原子的弛豫過程進行了深入研究。弛豫測量結(jié)果顯示,內(nèi)涂層壁能抑制壁碰撞弛豫,泡內(nèi)熱銫原子弛豫時間達到了320 ms,泡內(nèi)冷銫原子受各類加熱效應(yīng)影響只維持100 ms即被加熱到常溫,而后以320 ms的時間常數(shù)弛豫演化,內(nèi)涂層壁沒明顯增長冷銫原子的弛豫時間�；跍y量數(shù)據(jù)論文分析了冷銫原子與內(nèi)涂層壁的碰撞過程,結(jié)果顯示該壁對冷銫原子存在彈性反射,反射率初步結(jié)果p?0.58,有待更精細的研究。其次,本論文研究了基于二維磁光阱的縱向冷卻和推射分離的新型冷銫原子束源——2D-HP MOT。該系統(tǒng)用縱向?qū)ι涞膹娭锌展馐M行冷卻,另用一微弱的窄高斯光束推射冷卻原子。該系統(tǒng)既可保證高原子通量,又可大幅削弱推射光的縱向泄漏,從而明顯抑制泄漏光對銫原子鐘躍遷造成的光頻移。論文對冷原子束通量與推射光功率和失諧的關(guān)系進行了理論分析和實驗驗證,實驗結(jié)果與理論分析符合良好。在10μW的共振推射光條件下,推射光泄漏造成的鐘躍遷光頻移比傳統(tǒng)2D+MOT降低了20倍。冷銫原子通量為2.64×1010 atoms/s,高于傳統(tǒng)2D+MOT。冷原子束縱向平均速度7 m/s,速度分布寬度3 m/s,擴散角小于14 mrad�；诶滗C原子束,論文開展了連續(xù)冷銫原子頻標的初步研究。利用冷銫原子束連續(xù)測量Ramsey鑒頻信號,理論上可消除Dick效應(yīng),實現(xiàn)1/τ原子頻標,從而進一步提高頻率穩(wěn)定度。當自由演化距離為10 cm時,系統(tǒng)穩(wěn)定度的理論極限為3×10-14/√τ。目前,實驗在3 cm自由演化距離下,利用Raman-Ramsey技術(shù)獲得了中心條紋寬度160 Hz、對比度26%和信噪比40的Ramsey信號。這為下一步系統(tǒng)測量各類頻移和實現(xiàn)連續(xù)冷銫原子頻標閉環(huán)鎖定奠定了基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O562

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本文編號：1262268