Reduction of light shifts in Ramsey spectroscopy with a combined error signal
光致频移是影响原子钟中长期频率不稳定性的重要因素。在这封信中，我们演示了实验实现的组合误差信号的询问协议的基础上相干布居捕获（CPT）和拉姆齐光谱的冷原子钟。该方法使用一个单一的误差信号，结果从两个误差信号的归一化组合提取的两个不同的黑暗时期的拉姆齐序列。单个组合误差信号用于稳定原子钟频率。与标准Ramsey-CPT询问相比，该方法将时钟频率对光移变化的灵敏度降低了一个数量级以上。该方法可应用于各种拉姆齐原子钟、传感器和仪器中。
2019-03-01 physics.atom-ph
Two-step pulse observation for Raman-Ramsey coherent population trapping atomic clocks
提出了一种提高相干布居囚禁（CPT）原子钟频率稳定度的两步脉冲观测方法。所提出的方法是一个Raman-Ramsey计划与低光强度的共振观察，并提供了一个Ramsey-CPT共振与降低的频率灵敏度的光强度和高信噪比，通过减少到一个稳定的黑暗状态的再泵浦。共振特性是基于以$^{133}$ Cs-D $_1$线为模型的$Λ$型三能级系统的密度矩阵分析来计算的，并且还使用垂直腔表面发射激光器和Cs蒸气室来测量该特性。
2014-11-27 physics.atom-ph
Suppression of Dick Effect in the Ramsey-CPT atomic clock by Interleaving Lock
对于大多数无源原子钟来说，由于量子投影噪声的存在，迪克效应是达到其频率稳定度极限的主要限制之一。本文证明了利用交错锁可以使Ramsey-CPT原子钟的Dick效应最小化。通过优化激光脉冲的占空比、探测平均时间和激光束的光强，可以将Dick效应引起的Allan偏差降低到10^-14的水平。
2017-07-06 physics.atom-ph physics.ins-det
A high-performance Raman-Ramsey Cs vapor cell atomic clock
我们展示了一个高性能的相干布居捕获（CPT）铯蒸气室原子钟使用推挽光泵浦技术（PPOP）在脉冲制度，允许高对比度和窄Ramsey-CPT条纹的检测。研究了激光功率、腔体温度和Ramsey序列参数等实验参数对时钟谐振和短期分数频率稳定度的影响。我们观察到并解释了存在一个轻微的依赖于激光功率的中心拉姆齐CPT条纹线宽度的脉冲制度。我们还报告说，中心条纹线宽通常比预期的拉姆齐线宽由$1/(2T_R)$，与$T_R$的自由演化时间，短值的$T_R$。该时钟在平均时间长达100秒的$2.3 \times 10^{-13}~τ^{-1/2}$水平上表现出短期分数频率稳定性，主要受到激光AM噪声的限制。如果使用额外的激光功率稳定设置，则在常规连续（CW）制度中获得可比的性能。脉冲相互作用允许显著降低时钟频率对激光功率变化的灵敏度，特别是对于高的$T_R$值。这种脉冲CPT时钟是最好的微波蒸汽室原子频率标准之一，可以在电信，仪器仪表，国防或卫星导航系统中找到应用。
2017-03-14 physics.atom-ph
Ramsey CPT Signal Generation with a Miniature Clock Bench and a Dual-Frequency Optical Generator
首次演示基于微型光电台和双频发生器的Ramsey CPT光谱学，结合光注入与相位锁定技术，实现2%共振对比度，Dick效应贡献低于1.7x10-13@1s，满足目标时钟稳定度5x10-13@1s。
2023-11-20 physics.atom-ph
Generalized auto-balanced Ramsey spectroscopy of clock transitions
在执行精密测量时，被测量经常受到测量过程本身的干扰。这包括用Ramsey光谱学进行的原子钟应用的精确频率测量。为了消除探针引起的扰动，提出了一种广义自平衡Ramsey谱（GABRS）方法，并得到了严格的证明。这里，通常的本机振荡器频率控制环被增加了第二控制环，该第二控制环从与主序列穿插并且具有不同Ramsey周期的次Ramsey序列导出。该第二回路反馈到辅助时钟变量，并最终补偿由第一回路中的测量引起的时钟频率的扰动。我们表明，这样的双回路计划可以导致完美的补偿测量引起的光位移，并不遭受松弛的影响，随时间变化的脉冲波动和相位跳变的调制误差是典型的其他超拉姆齐计划。GABRS的几种变体进行了探讨，根据不同的次要变量，包括添加的相对相移之间的拉姆齐脉冲，外部频率阶跃补偿，和可变的第二脉冲持续时间。我们证明了一个通用的反对称误差信号，因此在有限的调制幅度完美的补偿，只有当一个额外的频率步长期间施加两个拉姆齐脉冲被用作伴随的变量参数。这种通用技术可应用于原子钟、高分辨率分子光谱学、磁诱导和双光子探测方案、拉姆齐型质谱法以及精密测量领域。GABRS的一些变体也可以应用于使用基于CPT的双光子暗共振的Ramsey光谱的rf原子钟。
2018-01-12 physics.app-ph physics.atom-ph
Modified hyper-Ramsey methods for the elimination of probe shifts in optical clocks
我们开发了一种方法，修改超拉姆齐光谱的光学时钟，实现完全免疫的探测领域本身引起的频移。使用特定的脉冲序列与定制的相位，频率和持续时间，我们可以推导出一个错误的信号，正好在未受干扰的原子共振与陡峭的判别式，这是强大的探针位移的变化。我们实验研究的计划，使用磁感应$^1$ S $_0- ^3$ P $_0$过渡$^{88}$ Sr，展示了一个相当大的\num{2e-13}探针斯塔克位移低于\num{1e-16}，即使在位移补偿非常大的误差自动抑制。
2015-11-03 physics.atom-ph
Ramsey-Borde atom interferometry with a thermal strontium beam for a compact optical clock
本文构建热锶束 Ramsey-Bordé 原子干涉紧凑型光钟实验，利用 689 nm 互组跃迁和 461 nm 荧光探测，获得 60 kHz 特征并估计短期稳定度为 4×10^-14/√τ。
2025-03-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Auto-Balanced Ramsey Spectroscopy
我们设计了一个扰动免疫版本的拉姆齐的方法分离振荡领域。不损害时钟精度的原子钟跃迁的光谱学是通过主动平衡来自不相等持续时间的相位一致的拉姆齐探测周期的光谱学响应来实现的。我们简单而通用的方法消除了各种各样的询问引起的线位移经常遇到的高精度光谱，其中，特别是光位移，相位啁啾，和瞬态塞曼位移。我们的实验证明，自动平衡拉姆齐光谱的光移倾向$^{171}$ Yb $^{+}$电八极光学时钟过渡，并表明，询问缺陷不会变成时钟错误。这为Yb $^{+}$系统和其他类型的光学时钟打开了低于$10^{-18}$水平的频率精度前景。
2017-07-09 physics.atom-ph quant-ph
A frequency shift compensation method for light shift and vapor-cell temperature shift in atomic clocks
针对紧凑型原子钟长期不稳定性的两大主因（光频移和蒸气室温度频移），提出“共振偏移”锁定方法，通过额外偏移锁定频移抵消原子共振偏移，并在778 nm铷双光子标准上验证，实现净频率影响趋近于零。
2024-05-23 physics.atom-ph physics.optics
Quantum Variational Optimization of Ramsey Interferometry and Atomic Clocks
我们讨论了量子变分优化的Ramsey干涉与$N$纠缠原子系综，和它的应用原子钟的基础上的贝叶斯方法的相位估计。我们确定最佳的输入状态和广义测量的变分近似为相应的纠缠和解码量子线路。这些电路是根据特定传感器平台可用的基本量子操作构建的，例如单轴扭曲或有限范围相互作用。优化定义相对于成本函数，这在本研究中是贝叶斯均方误差的估计相位为一个给定的先验分布，即我们优化的干涉仪的有限动态范围。在光学原子钟的类似变分优化中，我们使用给定Ramsey询问时间的Allan偏差作为长期不稳定性的相关代价函数。值得注意的是，即使是低深度的量子线路也能产生非常接近最佳拉姆齐干涉法和原子钟的基本量子极限的优异结果。这里所确定的量子周期表方案很容易应用于基于光晶格、镊子阵列或捕获离子的原子钟。
2021-10-14 physics.atom-ph quant-ph
A cold-atom Ramsey clock with a low volume physics package
本研究研制出采用增材制造微波腔与光栅磁光阱的小体积冷原子Ramsey钟，测得短期稳定度1.5×10⁻¹¹ τ⁻¹/²，封装体积约67 cm³，为紧凑型便携式冷原子频率标准的实现提供了新进展。
2023-05-04 physics.atom-ph
Probe light-shift elimination in Generalized Hyper-Ramsey quantum clocks
我们提出了一种新的询问方案，为下一代量子时钟，以抑制频率的移动所引起的激光探测场本身的基础上广义超拉姆齐共振。具有特定选择的相位、频率失谐和持续时间的复合激光脉冲序列被组合以产生非常有效和鲁棒的频率锁定信号，其几乎完美地消除了来自非谐振状态的光偏移，并且将未扰动的频率测量与激光强度解耦。在中间脉冲期间使用$π/4$或$3π/4$激光器相位阶跃从合成误差信号产生的频率锁定点被严格保护以免受大的激光脉冲面积变化和潜在应用的频移补偿中的误差的影响。基于原子、离子、分子和原子核中的弱允许或完全禁止的光学跃迁的量子时钟将受益于这些超稳定的激光频率稳定方案，以达到低于10 $^{-18}$水平的相对精度。
2016-03-29 physics.atom-ph
Composite pulses in Hyper-Ramsey spectroscopy for the next generation of atomic clocks
基于中性原子系综或单离子的下一代原子频率标准将在计量学、应用物理学和基础物理学方面提供非常严格的测试，这需要在非常精确地控制外部系统校正方面迈出新的一步。在第8届频率标准和计量研讨会的会议记录中，我们提出了一个概括的最近的超拉姆齐光谱与分离的振荡领域，使用复合脉冲，以抑制由询问激光本身引起的场频移。激光脉冲的序列，包括特定的选择的相位，频率失谐和持续时间进行了详细说明，以产生光谱信号与强烈减少的光移扰动的非共振状态。基于原子、离子、分子和原子核的弱允许或完全禁戒跃迁的新光学钟将受益于这些广义Ramsey方案，以达到远低于10 $^{-18}$水平的相对精度。
2016-03-02 physics.atom-ph
Synthetic Frequency Protocol in the Ramsey Spectroscopy of Clock Transitions
我们开发了一种通用的方法，以显着抑制探针诱导的任何类型的原子钟使用拉姆齐光谱的位移。我们的方法是基于适应的合成频率的概念[V. I。Yudin等人，物理修订信函107，030801（2011）]（先前针对BBR移位抑制而开发的）与Ramsey光谱法的比较，其中使用针对不同暗时间间隔的询问。该方法的普适性在于可能的Ramsey格式的任意性。然而，大多数极端的结果是结合所谓的超拉姆齐光谱[V. I。Yudin等人，A82，011804（R）（2010）]。在后一种情况下，探针引起的频率偏移可以被抑制到10 $^{-18}$的分数级以下，实际上对于任何光学原子钟，其中该偏移以前在计量学上是显著的。与其他激进的超Ramsey方法相比，我们的方法的主要优点[R。Hobson等人，Phys. Rev. A 93，010501（R）（2016）; T. Zanon-Willette等人，A 93，042506（2016）]在于在存在去相干化的情况下更高的效率和可分辨性。
2016-04-26 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Ramsey Spectroscopy with Displaced Frequency Jumps
最近提出了使用复合激光脉冲序列的复杂的基于Ramsey的询问协议，以提供下一代高精度原子钟，其具有在原子-探测场相互作用期间引起的频率偏移的近乎完美的消除。在这里，我们提出了一个简单的替代方法的自动平衡拉姆齐（ABR）的询问协议，并展示了其应用程序的冷原子微波钟的基础上相干布居捕获。该方法的主要独创性，基于两个连续的Ramsey序列与不同的黑暗时期，是采样的中心Ramsey条纹与频率跳变微调由一个额外的频率位移伴随参数，缩放作为黑暗时期的倒数。这种移位跳频Ramsey（DFJR）方法的优点在于，本机振荡器频率被用作单个物理变量来控制序列的两个伺服回路，从而简化了其实现并避免了与控制LO相位相关联的噪声。与通常的Ramsey-CPT技术相比，DFJR方案将时钟频率对CPT边带比变化和单光子激光失谐的敏感性降低了一个数量级以上。这种简单的方法可以应用于各种各样的拉姆齐光谱学的应用，包括频率计量与CPT为基础的和光学原子钟，质谱，和精密光谱。
2018-12-04 physics.atom-ph
Bayesian Frequency Metrology with Optimal Ramsey Interferometry in Optical Atomic Clocks
Institute for Theoretical Physics and Institute for Gravitational Physics (Albert-Einstein-Institute), Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学理论物理研究所与引力物理研究所（爱因斯坦研究所））
本文探讨了光学原子钟中针对激光噪声优化的拉姆齐探测方案，结合贝叶斯框架分析探测灵敏度与激光噪声鲁棒性的权衡，提出基于变分量子电路的新型探测策略，为下一代光学原子钟发展提供理论指导。
2025-05-07 physics.atom-ph quant-ph
Compensation of the multipolar polarizability shift in optical lattice clocks
针对中性原子光学晶格钟中高阶极化率导致的运动相关非线性频移，提出用辅助光学晶格补偿E2-M1差分极化率，使Sr和Hg钟频率不确定度可达10^-19以下，且易于在现有装置实现。
2024-02-04 physics.atom-ph
A unified theory of tunneling times promoted by Ramsey clocks
本研究提出基于 Ramsey 序列的操作框架，通过原子内部态相干叠加测量隧穿时间，统一了隧穿延迟定义，并证明不存在超光速或瞬时隧穿现象。
2024-04-22 physics.atom-ph quant-ph
Noise budget of a trapped on chip cold atom Rubidium 87 clock
本研究实现了基于冷铷87原子团、Ramsey时间约600ms的片上原子钟，在无磁屏蔽、实验室日温漂数度的条件下完成搭建，并对其已知噪声开展了全面研究。
2025-06-11 physics.atom-ph
C-field smoothing by trajectory dynamically tracing compensation in rubidium fountain clock
我们提出了一种动态轨迹跟踪补偿方法来平滑静态磁场（C场）的空间波动，提供了一个量化轴的喷泉钟。C场线圈电流根据原子沿飞行轨迹经历的磁场进行点对点调整。在Ramsey询问期间，与具有恒定电流的静态磁场下的5 nT相比，实现了具有0.2 nT不确定性的均匀场。与我们计算的二阶塞曼位移相关联的相应的不确定性提高了一个数量级。该技术为改善磁场均匀性提供了一种替代方法，特别是对于难以用磁屏蔽加工的大型设备。我们的方法简单、稳健，并且在有关二次塞曼位移造成的主要不确定性贡献的频率评估中至关重要。
2017-09-28 physics.atom-ph
Advanced light-shift compensation protocol in a continuous-wave microcell atomic clock
光频移是限制不同类型原子钟的中长期分数频率稳定度的重要因素。在这篇文章中，我们演示了一个先进的反光移询问协议的实验实现上的连续波（CW）的微细胞原子钟相干布居捕获（CPT）的基础上。该方法的灵感来自于脉冲原子钟中的自动平衡Ramsey（ABR）光谱技术，包括从两个连续的光移时钟频率中提取基于原子的信息，这两个连续的光移时钟频率是在两个不同的激光功率值下获得的。两个误差信号，从沿对称序列获得的信号的线性组合计算，在双环配置中管理，以产生从光偏移自由的时钟频率。使用这种方法，与正常操作相比，时钟频率对激光功率和微波功率变化的灵敏度可以降低一个数量级以上。在本实验中，考虑非线性光移依赖性允许增强光移缓解。实现的技术允许一个明显的改善时钟艾伦偏差的时间尺度高于1000秒。该方法可应用于各种原子钟，如基于CPT的原子钟、双共振铷原子钟、细胞稳定激光器等。
2020-05-11 physics.atom-ph
Collisional shifts in optical-lattice atom clocks
本文从理论上研究了弹性碰撞对光晶格原子钟Ramsey条纹谱频率标准确定的影响。玻色子原子在多重占据晶格中的粒子间相互作用可以引起线性频移，并且由于粒子间纠缠而产生不对称的Ramsey条纹图案并降低条纹可见度。我们提出了一种方法，通过在相邻位置的拉姆齐驱动场之间引入$π$的相位差来减少这些碰撞效应。这种配置抑制了由于两个隧穿路径的干涉而引起的站点到站点的跳跃，而不会降低条纹可见度。因此，双重占有的概率降低，导致碰撞位移的取消。
2006-05-18 cond-mat.soft physics.atom-ph physics.gen-ph
Ramsey interferometry with arbitrary coherent-population-trapping pulse sequence
本文从理论上推导了任意时间相关失谐脉冲序列下多脉冲CPT-拉姆齐干涉测量的通用解析公式，并定量分析了脉冲参数对常见对称与反对称光谱方案的影响，为提升原子钟性能提供实验设计指导。
2023-03-13 physics.atom-ph quant-ph
Microcell CPT atomic clock using laser current-actuated power modulation with 10$^{-12}$ range stability at 1 day
本文提出一种基于SABR光谱技术的CPT微电池原子钟，通过激光电流直接功率调制实现脉冲序列，无需外部光快门，1天稳定度达10$^{-12}$量级，为高性能芯片级原子钟奠定基础。
2025-03-03 physics.atom-ph
Generalized Hyper-Ramsey spectroscopy in an optically dense medium
本文研究了冷原子光密介质中的Ramsey共振特性及其对光频移的敏感性。我们考虑了不同的复合脉冲协议的时钟光谱，如超拉姆齐，修改和广义超拉姆齐计划。由于原子介质中的吸收和色散过程，共振和误差信号的振幅发生显著变化。在考虑介质中辐射强度衰减的情况下，从理论上研究了中心条纹共振的位置与原子跃迁的剩余未补偿光移的关系。超拉姆齐协议的脉冲面积的变化允许我们抑制时钟谐振位置对介质的一定长度的剩余光偏移的敏感性。它表明，使用广义超拉姆齐误差信号的组合，使我们能够抑制任何长度的介质的光移的敏感性。分析了原子高能级自发衰变对复合脉冲方案光移灵敏度的影响。
2019-07-25 physics.atom-ph
Hyper-Ramsey spectroscopy with probe laser intensity fluctuations
我们研究了探测激光强度波动对超拉姆齐光谱的影响。我们假设，作为适当的相关情况下的利益，探测激光强度$I$确定拉比频率$(\propto\sqrt{I})$和频率偏移的原子跃迁$(\propto I)$在探测激光与原子的相互作用。光谱信号取决于这两个量，这两个量随探测激光强度的波动而变化。引入一个简单的模型的波动，我们发现，签名的鲁棒性的超拉姆齐方法可以妥协。以Yb $^+$电八极时钟跃迁为例，定量分析了不同探测光强度起伏下的时钟误差。
2018-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Hyper Ramsey-Bordé matter-wave interferometry for robust quantum sensors
使用超窄光学时钟跃迁和复合脉冲的新一代原子传感器正在将量子工程控制推向应用和基础物理的非常高的精度水平。在这里，我们提出了一个新版本的拉姆齐-Bordé干涉术引入任意复合激光脉冲与定制的脉冲宽度，拉比场，失谐和相位步骤。我们探索量子精密测量学的分数精度以下的$10^{-18}$水平的光激发参数的微调控制，保护超窄的光学时钟转换对残余光移耦合到激光探测场波动。我们提出，第一次，强大的超拉姆齐-Bordé和马赫-曾德尔干涉仪，在那里我们保护波包的干扰对失真的频率或相位测量相关的残余多普勒效应和光的变化耦合到脉冲面积误差的新发展。具有复合脉冲和超冷源的量子物质波传感器将提供对引起相移的惯性效应的更高精度的检测，以产生超鲁棒的光学时钟和改进基础物理学的测试，实现以非常高的灵敏度跟踪时空引力波的新型原子干涉仪。
2022-02-13 physics.atom-ph quant-ph
Hyperfine averaging by dynamic decoupling in a multi-ion lutetium clock
我们提出并实验证明了一个方案，该方案的影响超精细平均在拉姆齐询问的时钟过渡。该方法消除了对多个光学跃迁进行平均的需要，降低了时钟对其环境的灵敏度，并且减少了多离子时钟中的不均匀加宽。该方法是兼容的自动平衡拉姆齐光谱，这有利于消除残留的位移，由于不完善的实施和交流斯塔克位移从光学探头。我们证明了该计划使用相关光谱的$^1S_0$ - $^3D_1$时钟过渡在三离子Lu+时钟。从演示中，我们能够提供$^3D_1$四极矩的测量，$Θ(^3D_1)=0.634(9)ea_0^2$。
2019-10-11 physics.atom-ph quant-ph
Fault-tolerant hyper-Ramsey spectroscopy of optical clock transitions with dynamical decoupling
Centre for Quantum Technologies, Department of Physics, Sofia University（索非亚大学量子技术中心物理系）；Sorbonne Université CNRS, MONARIS, UMR 8233（索邦大学CNRS，MONARIS实验室）；MajuLab, International Research Laboratory IRL 3654, Université Côte d’Azur, Sorbonne Université, National University of Singapore, Nanyang Technological University（新加坡国立大学-索邦大学-尼斯蔚蓝海岸大学南洋理工大学联合研究实验室）；Center for Quantum Technologies, Nanyang Technological University（南洋理工大学量子技术中心）；Nanyang Quantum Hub, School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学理学院南洋量子枢纽）；Laboratoire de Physique des Lasers, CNRS, Université Sorbonne Paris Nord（巴黎北索邦大学CNRS激光物理实验室）
本研究提出一种容错动态解耦超拉姆塞光谱学方法，用于提高超窄钟跃迁探测的鲁棒性和精度。
2026-08-24 physics.atom-ph quant-ph
An additive-manufactured microwave cavity for a compact cold-atom clock
本文介绍了一种增材制造的低Q值微波腔，用于紧凑型冷原子钟，通过GMOT激光冷却原子，实现均匀场和拉姆齐光谱，证明其适用于原子钟并讨论了局限性。
2023-05-04 physics.atom-ph
Cold Beam Optical Clock with Multifrequency Spectroscopy
本研究在激光冷却的${}^{40}$Ca束中演示了基于Ramsey-Bordé干涉测量的光学钟，通过定制相位和强度调制添加频率边带以询问横向速度分布中的原子，显著提高了条纹幅度并将Allan偏差改善至$3.4\ imes 10^{-15}$。
2025-01-27 physics.atom-ph
Numerical test of few-qubit clock protocols
几个时钟协议的基础上2至20纠缠原子的稳定性进行了数值评估，包括退相干由于经典振荡器噪声的影响的模拟。在这种情况下，André，Sørensen和Lukin [PRL 92，239801（2004）]讨论的压缩态与基于Ramsey协议的非纠缠原子时钟相比，提供了降低的不稳定性。当模拟的原子数超过15个时，Bužek、Derka和Massar [PRL 82，2207（1999）]的方案具有较低的不稳定性。与Ramsey光谱相比，对具有2到8个量子位的最佳时钟协议进行大规模数值搜索可以提高时钟稳定性，并且对于2到3个量子位，性能与分析协议相匹配。在仿真中，激光本振由于闪烁频率（1/f）噪声而退相干。振荡器频率被反复校正，基于量子比特的投影测量，假设它们不会彼此退相干。
2012-03-05 physics.atom-ph quant-ph
Quantum engineering of atomic phase-shifts in optical clocks
提出了三能级系统中时间分离拉曼激光脉冲的量子工程，以在玻色子碱土时钟中产生无光位移的超窄光跃迁，并显着降低对激光参数波动的敏感性。基于量子人工复波函数分析模型，在考虑中间态自发发射残余效应的全密度矩阵模拟的支持下，导出了光学钟中与Ramsey和Hyper-Ramsey双光子谱相关的原子相移.各种共模拉曼频率失谐被发现的频率偏移从非谐振状态被取消，同时大大降低其不确定性在10 $^{-18}$的精度水平。
2014-11-14 physics.atom-ph quant-ph
Exponential scaling of clock stability with atom number
在囚禁原子钟中，退相干的主要来源通常是振荡器的相位噪声。对于这种情况下，我们得到理论上的性能增益相结合的几个原子合奏。例如，N个原子的M个系综可以与各种探测周期相结合，以将频率变化减少到标准拉姆齐时钟的M 2^-M倍。如果一些系综的原子相以降低的频率演变，则类似的指数改进是可能的。这些系综可以由具有较低频率跃迁的原子或分子构成，或者由动态解耦产生。具有减小的频率或探测周期的系综仅负责计数2 π相位缠绕的整数个，并且不影响时钟的系统误差。具有高斯初始状态的量子相位测量允许比拉姆齐光谱更小的系综尺寸。
2013-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Exponential enhancement of sensitivity in Ramsey interferometry with optically thick ensemble of atoms
Kazan Quantum Center, Kazan National Research Technical University n.a. A.N. Tupolev-KAI（喀山量子中心，喀山国立研究技术大学（A.N. 图波列夫-CAI））；Department of Physics, McGill University（麦吉尔大学物理系）
该研究通过理论预测与实验证实，利用光学厚原子系综中原子的反作用实现Ramsey共振线宽的指数级收窄，将提升新一代固态原子钟的测量灵敏度。
2026-08-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Tests of Cold Atom Clock in Orbit
自原子钟发明以来，其性能每十年提升一位数，直到上世纪90年代传统的原子钟几乎达到极限。利用激光冷却原子，可以进一步提高原子钟的性能，目前冷原子钟被广泛用作频率标准。这种冷原子钟在空间上有很好的应用前景。本文介绍了一台空间冷原子钟的设计和实验。在微重力条件下，原子被冷却、捕获、发射，最后被微波场用拉姆齐方法探测。介绍了微重力条件下轨道原子激光冷却的实验结果，并首次与地面实验结果进行了比较。所得到的中心Ramsey条纹的半高宽与冷原子的发射速度呈线性关系，表明微重力的影响。通过选择合适的参数，实现了CAC的在轨闭环锁定，并达到了估计的$3.0\times 10 ^{-13}/\sqrt{τ}$短期频率稳定度。
2017-09-11 physics.atom-ph
Ultra-low noise microwave generation with fiber-based optical frequency comb and application to atomic fountain clock
我们演示了使用基于光纤的飞秒激光器锁定到一个超稳定的光学腔，以产生低噪声的微波参考信号。与液氦低温蓝宝石振荡器（CSO）和钛宝石基光学频率梳系统的比较表明，在1 ~ 10 s之间，系统的稳定性约为$3\times10^{-15}$。来自光纤系统的微波信号用于在最先进的铯喷泉钟中执行拉姆齐光谱。将所得时钟系统与CSO进行比较，并显示稳定性为$3.5\times10^{-14}τ^{-1/2}$。因此，我们的连续运行的基于光纤的系统证明了它的潜力，以取代CSO的原子钟在光学和微波领域的高稳定性，特别是业务的主要频率标准。
2009-01-23 physics.atom-ph physics.optics
Optical coherence between atomic species at the second scale: improved clock comparisons via differential spectroscopy
高精度光学原子钟\cite{Ludlow2015}的比较对于基础物理学\cite{Safronova2018}、相对论大地测量学\cite{McGrew2018, Grotti2018, Delva2019}和预期的SI秒\cite{Riehle2018}的重新定义的精确测试是必不可少的。这些应用的科学范围受到物种间比较测量的统计精度的限制。单个时钟的不稳定性受到光学本机振荡器（OLO）的有限相干时间的限制，这限制了最大原子询问时间。在这封信中，我们实验证明差分光谱\cite{Hume2016}，一个比较协议，使查询超出OLO相干时间。通过相位相干链接零死区时间（ZDT）的\cite{Schioppo2017} Yb光晶格时钟与铝$^+$单离子时钟通过光学频率梳和执行同步拉姆齐光谱，我们表现出改善比较不稳定性相对于我们以前的结果\cite{network2020frequency}的近一个数量级。据我们所知，这一结果代表了迄今为止最稳定的物种间时钟比较。
2021-11-24 physics.atom-ph physics.optics
Ramsey spectroscopy of high-contrast CPT resonances with push-pull optical pumping in Cs vapor
我们报道了一种结构简单的激光系统在铯蒸气室中探测到高对比度和窄相干布居俘获（CPT）拉姆齐条纹。后者允许推挽式光泵浦（PPOP）和时间拉姆齐样脉冲询问的组合。光学组件的独创性在于使用单个马赫-曾德尔电光调制器（MZ EOM）来产生光边带和用于脉冲相互作用的光开关。在厘米级缓冲气体填充的铯蒸气室中检测到线宽为166 Hz、对比度为33%的典型Ramsey条纹。这种技术可能是有趣的高性能和低功耗的紧凑型基于CPT的汽室时钟的发展。
2013-05-31 physics.atom-ph
S-Wave Collisional Frequency Shift of a Fermion Clock
我们报道了基于费米子的原子钟的s波碰撞频移。与玻色子不同，费米子钟移对钟态的布居数差不敏感，而钟态的布居数差由拉姆齐谱中的第一个脉冲区域θ_1决定。相反，费米子位移强烈地依赖于第二脉冲面积θ_2。它允许在θ_2 = π/2处消除这种偏移，但相关性使零偏移到稍大的θ_2。该偏移适用于光晶格时钟，并且随着时钟激励场的空间不均匀性而增加，在光频率处自然较大。
2012-12-18 physics.atom-ph
A Compact Microchip-Based Atomic Clock Based on Ultracold Trapped Rb Atoms
我们提出了一个紧凑的原子钟的基础上，超冷Rb原子被磁性捕获的原子微芯片的表面附近。将电磁感应透明（EIT）与拉姆齐的分离振荡场方法相结合的询问方案可以对10^6个原子实现10^{-13}/sqrt（tau）的原子散粒噪声水平性能。EIT信号可以用提供无噪声增益的外差技术检测;用这种技术，可以在光子散粒噪声水平检测100 pW探测光束的光学相移。的密度矩阵方程的数值计算被用来确定现实的操作参数，在该AC斯塔克位移被消除。通过考虑这些参数的波动，我们估计AC斯塔克位移可以被抵消到优于2*10^{-14}的水平。概述了该装置的占空比和功耗的估计。
2009-12-21 physics.atom-ph physics.optics
Progress and perspectives on composite laser-pulses spectroscopy for high-accuracy optical clocks
探测原子共振而不干扰它是物理学中普遍存在的问题。这个问题在高精度光谱学或下一代原子光学钟中至关重要。超高分辨率频率计量需要复杂的询问方案和稳健的协议来处理脉冲长度误差和残余频率失谐偏移。本文综述了受核磁共振技术和量子信息处理的启发，利用脉冲宽度、频率和相位定制的复合激光脉冲序列的最新进展和前景。在简短介绍了拉比技术和核磁共振复合脉冲，允许有效的补偿电磁场扰动，实现强大的人口转移，复合激光脉冲内拉姆齐的方法分离振荡场，以产生非线性补偿探头引起的频率偏移。综述了激光脉冲方案，如超拉姆齐（HR），改进的超拉姆齐（MHR），广义超拉姆齐（GHR）和混合方案。这些技术提供了极好的保护，防止探针引起的光移扰动和激光强度变化。更复杂的方案产生合成频移。它们允许减少或完全消除不完善的校正探针引起的频率偏移，即使在存在退相干由于激光线宽。最后，提出了两个通用的协议，提供完全消除探针引起的频率偏移的一般情况下，退相干和弛豫耗散效应是通过使用精确的解析表达式相移和时钟频率失谐。这些技术可应用于原子、分子和核频率计量学、质谱学以及精密光谱学。
2018-06-12 physics.atom-ph quant-ph
Generalized hyper-Ramsey-Bordé matter-wave interferometry: quantum engineering of robust atomic sensors with composite pulses
使用超窄光跃迁的一类新的原子干涉将量子工程控制推向非常高的精度水平，用于下一代传感器和量子门操作。在这种背景下，我们提出了一种新的量子工程方法的Ramsey-Bordé干涉引入多个复合激光脉冲与定制的脉冲宽度，拉比场振幅，频率失谐和激光相位阶跃。我们探索量子精密测量与超拉姆齐和超哈恩-拉姆齐时钟低于$10^-18$水平的分数精度的光激发参数的微调控制，导致旋量干扰保护免受光移耦合到激光探测场的变化。我们审查合作的复合脉冲协议，以产生强大的拉姆齐-Bordé，马赫-曾德尔和双回路原子传感器屏蔽测量失真相关的多普勒频移和光频移耦合脉冲面积误差。引入容错自动平衡超干涉仪，消除了在整个探测询问协议期间可能发生的几种技术激光脉冲缺陷。具有复合脉冲和超冷原子源的量子传感器应该在检测加速度和旋转引起的相移方面提供新的高精度水平，这是对超时钟基础物理测试的重大改进，同时为原子干涉仪以非常高的灵敏度跟踪时空引力波的新概念铺平了道路。
2022-03-02 physics.atom-ph quant-ph
Precision measurement and compensation of optical Stark shifts for an ion-trap quantum processor
利用光学Ramsey干涉法，我们精确地测量了单囚禁$^{40}$ Ca $^+$离子在729 nm附近的$S_{1/2}$-$D_{5/2}$“量子比特”跃迁的交流斯塔克位移。我们用一个附加的激光场来消除这种位移。该技术对于利用冷阱离子实现量子信息处理具有特别重要的意义。作为一个简单的应用程序，我们测量原子的相位演变过程中的$n \times 2π$旋转的量子比特。
2002-12-09 physics.atom-ph quant-ph
A chip-scale atomic beam clock
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；MIT（麻省理工学院）
利用相干人口陷阱技术实现芯片级原子束钟，展示其高频率稳定性与潜在的长期稳定性提升。
2023-03-20 physics.atom-ph
Temperature Dependence Cancellation of the Cs Clock Frequency in the Presence of Ne Buffer Gas
在充有Ne缓冲气体的蒸气室中测量了Cs钟跃迁频率随温度的变化。实验装置是基于相干布居捕获（CPT）技术和时间拉姆齐询问允许高分辨率。示出了频率偏移的二次依赖性。评估移位取消的温度。根据895 nm光跃迁的频移确定了池中的实际Ne压力。然后，我们可以确定时钟频率的Cs-Ne碰撞温度系数。这些结果对汽室钟，特别是未来的微钟有一定的参考价值。
2011-10-28 physics.atom-ph
Improving the Q factor of an optical atomic clock using quantum non-demolition measurement
量子非破坏性测量（QND）是操纵量子系统的一个重要工具。它允许提取特定的信息，同时仍然保留系统的脆弱量子可观测量。在这里，我们将基于腔的QND测量应用于光晶格钟-一种具有无与伦比的频率精度的原子钟-以80%的保真度读出后保持原子的量子相干性。我们应用这种技术，通过一系列重复的QND测量稳定的相位的超稳定激光相干原子态。我们利用超稳激光器的相位相干性提高的优点，将Ramsey光谱时间从300 ms延长到2 s，实现了对独立的光晶格时钟的解调。使用这种技术，我们保持95%的对比度，并观察到时钟的\emph{Q}因子增加到$1.7\times10^{15}$的7倍。
2020-10-21 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Compact cold atom clock for on-board timebase: tests in reduced gravity
我们提出了一个紧凑的原子钟使用冷铷原子的基础上各向同性的光冷却，拉姆齐微波解调和吸收检测。其技术成熟度水平与产业转移相适应。我们使用基于倍频电信激光器的光纤工作台。各向同性光冷却技术使我们能够在100 ms内冷却原子，工作周期约为200 ms。我们在模拟微重力环境下进行了测量，获得了微重力环境下有史以来记录到的最大条纹。
2018-12-04 physics.atom-ph
Generalized Hyper-Ramsey Resonance with separated oscillating fields
为了提高粒子在独立剪裁的分离振荡场作用下的超高精度测量和量子态工程，推导了Ramsey跃迁几率的精确推广.在询问方案结束时积累的相移提供了在各种激光参数条件下对量子态的高水平控制。为了提高下一代原子、分子和核钟的性能，提高Penning阱质谱中的高分辨率频率测量，以及更好地控制物质波干涉仪或量子信息处理中的光致频移，提出了一种基于相互作用时间、场振幅、相位和频率失谐独立控制的广义超Ramsey共振。
2015-07-15 physics.atom-ph quant-ph
Cold Atom Space Clock with Counter-Propagating Atoms
讨论了在微重力条件下利用反向传播冷原子实现空间冷原子钟的可行性。空间钟的设计是基于原子束钟与拉姆齐腔，除了磁光阱（MOT）放置在每一侧。冷原子同时从时钟两侧的MOT发射，并以相反的方向相互移动。发射原子的速度被精确地控制到Ramsauer-Townsend共振，从而不会发生额外的碰撞频移。这种结构可以有效地消除腔相移引起的频移，提高信噪比。
2009-02-18 physics.atom-ph physics.ins-det
Two-step pulse observation to improve resonance contrast for coherent population trapping atomic clock
为了提高相干布居俘获（CPT）原子钟的频率稳定度，采用两步脉冲观测方法研究了共振衬度。所提出的方法是一个两步喇曼-拉姆齐方案，在共振观察期间的低强度和观察后的高强度。这种方法减少了光强度的频率变化并保持了高的信噪比。通过对以$^{133}$ Cs D1线为模型的$Λ$型三能级系统的密度矩阵分析来计算共振特性，并且还使用垂直腔表面发射激光器和Cs蒸气室来测量该特性。
2017-01-20 physics.atom-ph
Analysis of a Magnetically Trapped Atom Clock
我们考虑优化的铷原子钟，使用磁捕获玻色凝聚原子在一个高度拉长的陷阱，并确定最佳条件下的最小Allan方差的时钟使用微波拉姆齐条纹光谱。消除磁场的位移和碰撞位移被认为是。自旋偶极弛豫的影响在时钟的优化中得到解决。我们发现，当态间相互作用强度等于或大于态内相互作用强度时，调制不稳定性会导致由基态和激发态超精细时钟能级组成的双组分凝聚体的相位分离和对称性破缺，从而限制了时钟精度.
2006-12-12 cond-mat.soft physics.atom-ph
Reducing the instability of an optical lattice clock using multiple atomic ensembles
本文通过多原子系综的相位估计方法，在锶光晶格钟中实现不稳定性降低2.08倍，并增强相干询问时间3倍以上。
2023-12-20 physics.atom-ph quant-ph
