Direct comparison of a Ca+ single ion clock against a Sr optical lattice clock
比较了~（40）Ca+时钟跃迁ν_{Ca}（2S 1/2- 2D 5/2，729 nm）与~（87）Sr光晶格时钟跃迁ν_{Sr}（1 S 0 - 3 P0，698 nm）的光学频率，得到频率比ν_{Ca} / ν_{Sr} = 0.9576312023580499（23）。光学比对的快速性使得频率比ν Ca/ ν Sr的统计不确定度在1000 s内达到1 × 10 ~（-15），并与国际原子时（TAI）链上的ν Ca绝对频率测量值一致。使用光学比较的频率比的总不确定度（不含微波链路不确定度）小于使用绝对频率测量获得的不确定度，表明光学频率评估的优势。我们报告了^{40}Ca+的绝对频率，其系统不确定性比我们以前的测量结果小14倍[1]。
2012-08-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Magic wavelengths for lattice trapped Rubidium four-level active optical clock
从$5s_{1/2}$基态抽运到$6p_{1/2}$态后，铷四能级主动光钟将建立$6s_{1/2}$和$5p_{1/2,3/2}$之间的布居数反转。本文计算了晶格俘获激光引起的交流斯塔克频移，它是晶格俘获铷原子四能级有源光钟时钟跃迁频移的主要原因。发现了几个能形成所需光晶格俘获势的魔波长。通过选择合适的俘获激光强度和线宽，估计了由俘获激光交流斯塔克位移引起的时钟跃迁的分数频率不确定度小于10^-18
2012-07-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Highly-charged ions as a basis of optical atomic clockwork of exceptional accuracy
提出了一种基于高电荷态离子的新型原子钟。我们考虑了高电荷态离子的$4f^{12}$基态组态中的高禁戒激光可及跃迁。我们对系统效应的评估表明，这些跃迁可用于建造非常精确的原子钟，它可能与最近提出的核钟在精度上竞争。
2012-08-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Development of a strontium optical lattice clock for the SOC mission on the ISS
欧空局的“空间光学时钟”项目旨在大约2023年在国际空间站上运行一个光晶格时钟。该飞行任务的科学目标是进行基础物理测试，实现空间辅助相对论大地测量，并利用微波和光学链路在地面上相互比较光学时钟。空间时钟的性能目标是小于$1 \times 10^{-17}$不确定性和$1 \times 10^{-15} τ^{-1/2}$不稳定性。在欧盟FP7资助的一个项目中，开发了一个锶光晶格时钟演示器。目标性能是低于$1 \times 10^{-15} τ^{-1/2}$的不稳定性和分数不准确性$5 \times 10^{-17}$。在时钟的设计中，采用了模块化设计、半导体激光器、低功耗子单元和紧凑型尺寸等适合后续空间应用的技术和方法。Sr时钟装置是完全可操作的，并且观察到$^{88}$ Sr中的时钟跃迁具有小至9 Hz的线宽。
2016-03-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Active optical clock based on four-level quantum system
主动光钟是近年来提出的一种新的原子钟概念。本文提出了一种基于四能级量子系统的有源光钟方案。热原子束的二阶多普勒频移限制了二能级量子系统的最终精度和稳定性。对于三能级量子系统，它们主要受泵浦光场光移的限制。通过应用本文提出的方案，可以有效地避免这些限制。本文以铷原子四能级量子系统为例进行了讨论。$6S_{1/2}$和$5P_{3/2}$态之间的布居反转可以在$10^{-6}$ s的时间尺度上建立。利用有源光钟的机制，腔模线宽比激光增益分布宽得多，理论上可以输出窄于1Hz的量子限线宽激光。设计了一种实验结构来实现这种有源光钟。
2012-04-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Blackbody radiation shift of B$^+$ clock transition
计算B $^+$时钟跃迁的黑体辐射位移。用组态相互作用方法计算了$^+$ $^1$ S $^e$、$2s2p$ $^1$ P $^o$和$2s2p$ $^3$ P $^o$态的极化率.推荐的偶极极化率分别为9.64（3）$a_0^3$、7.78（3）$a_0^3$和16.55（5）$a_0^3$。在300 K下，$2s^2$ $^1$ S $^e$ $\to$ $2s2p$ $^3$ P $^o_0$跃迁的导出频移为0.0160（5）Hz。偶极极化率与较早的相对论计算（Safronova { \em et al.}物理修订版信函{ \bf 107} 143006（2011））至优于0.2%。四极和八极极化率和非绝热多极极化率也报告。
2012-10-25 physics.atom-ph
Interspecies clock comparison below $5 \times 10^{-18}$ uncertainty with a transportable clock
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国物理技术研究院）
该研究通过可搬运光钟与固定单离子钟开展近2年的跨物种钟比对，测得光频比不确定度达4.3×10^-18，提升了3倍以上，验证了可搬运钟用于计时测地及跨机构钟比对的可行性。
2026-08-04 physics.atom-ph quant-ph
A Brillouin Laser Optical Atomic Clock
在过去的十年中，光学原子钟已经超过了微波钟，现在能够测量时间，精度提高了两个数量级或更多。这种性能的提高不仅对新的科学，如地球的大地测量，寻找暗物质和调查基本物理常数的可能长期变化，而且对革新现有技术，如全球定位系统（GPS），都是引人注目的。一个重要的挑战是将这些光学时钟过渡到非实验室环境，这需要原子参考和时钟激光器及其支持激光器和电子器件的坚固性和小型化。在这里，使用紧凑的受激布里渊散射（SBS）激光询问$^8$ $^8$ Sr $^+$离子，我们展示了一个有前途的组件的便携式光学原子钟架构。为了使SBS激光器的稳定性达到适合时钟操作的水平，我们利用自参考技术来补偿激光器的温度漂移到$170$ nK以内。我们的SBS光钟实现了$3.9 \times 10^{-14}$的短期稳定度在$1$ s-一个数量级的改进，比国家的最先进的微波时钟。基于这项技术，未来的全球定位系统采用便携式SBS时钟提供了距离测量的潜力，分辨率增加了100倍。
2020-01-15 physics.atom-ph physics.optics quant-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
Optical frequency ratio of a ${}^{171}\mathrm{Yb}^+$ single-ion clock and a ${}^{87}\mathrm{Sr}$ lattice clock
我们报告直接测量的频率比的642太赫兹${}^2S_{1/2} (F=0)$ - ${}^2F_{7/2} (F=3)$电八极跃迁的${}^{171}\mathrm{Yb}^+$和429太赫兹${}^1S_0$ -${}^3P_0$过渡的${}^{87}\mathrm{Sr}$。在2012年12月至2019年10月期间，在Physikalisch-Technische Bundesanstalt进行了一系列107次测量。该比值的长期变化大于少数$10^{-17}$的个体测量不确定性的预期。这些变化的原因仍然未知。即使考虑到这些，我们发现一个分数的不确定性的频率比的$2.5 \times 10^{-17}$，这提高了以前的知识由一个数量级。平均频率比为$ν_{\mathrm{Yb}^+} / ν_{\mathrm{Sr}} = 1.495\,991\,618\,544\,900\,537(38)$。这是迄今为止两种不同原子种类之间最精确的测量之一。
2020-09-11 physics.atom-ph
Active Ion Optical Clock
本文提出了一种有源离子光钟方案，详细介绍了泵浦方式、激光态、输出功率、线宽和光位移。利用171 Yb ~+离子在Paul阱中的光阱，我们提出利用法布里-珀罗谐振腔实现有源光频标的激光输出。有源171 Yb+离子光钟的量子限线宽小于1 mHz。基于有源光钟在离子光钟跃迁频率上的机理和优势，这种新型激光光源作为稳定的本振源，将有利于目前精度最高的单离子光钟。
2011-11-21 physics.atom-ph physics.optics
Colloquium: Physics of optical lattice clocks
光晶格钟是最近发明和演示的，它对提高现代计时的精度有很大的希望。这些时钟的目标是10^-18的小数精度，这意味着时钟在估计的宇宙年龄内不会丢失或增加几分之一秒。在这些时钟中，数百万个原子同时被捕获和询问，大大提高了时钟的稳定性。在这里，我们将讨论这些时钟的工作原理，特别是一个新的概念，“魔术”捕获原子的光晶格。我们还强调了最近提出的微波晶格时钟和几个应用程序，采用光晶格时钟作为一个平台，精密测量和量子信息处理。
2010-11-21 physics.atom-ph quant-ph
High-Accuracy Microwave Atomic Clock via Magic Optical Lattice
提出了一种基于铷原子和铯原子在光晶格中魔波长跃迁的微波原子钟方案。在某些特定的激光波长下，由于激光俘获引起的时钟跃迁的交流斯塔克漂移可以被抵消。与喷泉钟相比，利用魔光晶格，原子钟中的腔频移、碰撞频移和多普勒效应都得到了显著的抑制或消除。通过仔细分析各种来源的时钟不确定度，我们得出结论，微波原子钟的精度优于$2\times10^{-17}$是可行的，这是预期的最好的光学原子钟的精度相同。
2005-12-25 physics.atom-ph physics.optics
Active Optical Clock
本文介绍了一种集单原子激光器、坏腔气体激光器、超腔稳频激光器和光学原子钟等激光物理于一体的特种激光器--主动光学钟的原理和技术。作为一个例子，基于热锶原子束的紧凑型有源光钟显示出0.51 Hz的量子限制线宽，这对激光腔长噪声不敏感，并且可能超过记录的最新的6.7 Hz的汞离子光钟和最近的光晶格时钟的27 Hz。估计的0.1Hz的一秒不稳定性和0.27Hz的不确定度仅受相对论性多普勒效应的限制，使用冷原子可以将不稳定性提高到10 mHz。
2005-12-12 physics.atom-ph physics.optics
Demonstration of chronometric leveling using transportable optical clocks beyond laser coherence limit
本文利用两台可搬运钙离子光钟和200 Hz线宽普通激光器实现相关谱比较，演示10 cm级时计水准测量精度，频率不稳定度比Rabi谱提升约20倍，显著降低光钟网络对钟激光的性能要求。
2023-10-13 physics.atom-ph physics.optics
Making optical atomic clocks more stable with $10^{-16}$ level laser stabilization
原子钟的超高精度源于其稳定性。基于光学（而不是微波）频率的原子钟是有吸引力的，因为它们具有高稳定性的潜力，其与操作频率成比例。然而，光学钟还没有实现这种巨大的潜力，这在很大程度上是由于用于激发原子共振的激光的限制。为了解决这个问题，我们展示了一个腔稳定的激光系统，具有降低的热噪声地板，表现出分数频率不稳定性的$2 \times 10^{-16}$。我们用这种激光器作为Yb光晶格时钟的稳定光源，解决了超窄的1 Hz跃迁线宽。通过Yb光钟提供的稳定激光源和信噪比（S/N），我们大大降低了时钟的关键稳定性限制，并使测量与$5 \times 10^{-16} / \sqrtτ$的时钟不稳定性一致。
2011-01-07 physics.atom-ph physics.optics
Evaluation of a $^{88}$Sr$^+$ optical clock with a direct measurement of the blackbody radiation shift and determination of the clock frequency
本文评估单离子 $^{88}$Sr$^+$ 光钟，运行中直接估计黑体辐射有效温度，并对照 $^{171}$Yb$^+$ E3 钟以 $2.3\ imes10^{-17}$ 不确定度测定其绝对频率，同时验证三离子可改善短期稳定度。
2022-12-16 physics.atom-ph quant-ph
Optical Signals Synthesized from an Optical Lattice Clock with Uncertainty of 1.3E-17
State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University（精密光谱学国家重点实验室，华东师范大学）
本研究基于171Yb光晶格钟，通过光频梳实现高精度光分频，研制出频率不确定度达1.3E-17的光频率合成器，可产生高稳定高精度的单频激光。
2026-10-09 physics.atom-ph physics.optics
Direct Comparison of Distant Optical Lattice Clocks at the $10^{-16}$ Uncertainty
在24公里远的实验室中，基于光纤的$^{87}$ Sr晶格钟的远程比较。比较的不稳定性达到$5\times10^{-16}$超过1000 s的平均时间，这是两个数量级短于传统的卫星链路，并受到限制的光学时钟的不稳定性。通过对以微分引力红移为主的系统位移进行校正，得到了剩余分数差为$(1.0\pm7.3)\times10^{-16}$，证实了两个钟的重合性。远距离光学钟的精确和快速比较为未来光学重新定义秒铺平了道路。
2011-08-13 physics.atom-ph physics.optics
Dual-wavelength active optical clock
首次在实验上实现了双波长有源光钟。当Cs腔温度保持在118 $^{\circ }C$ ~ 144 $^{\circ }C$之间时，Cs四能级有源光钟的1359 nm和1470 nm受激发射输出均被探测到。在主腔长不稳定的情况下，测量了Cs四能级有源光钟各实验装置的1470 nm输出线宽为590 Hz。为了稳定有源光钟的腔长，提出了633 nm和1359 nm好-坏腔双波长有源光钟的实验方案，其中633 nm和1359 nm受激发射分别工作在好腔和坏腔区。腔长的稳定通过锁定633 nm的输出频率的超腔与庞德-德雷弗-霍尔（PDH）技术。1359 nm坏腔受激发射输出的频率稳定度由于有源光钟的腔牵引效应得到抑制，预计比633 nm PDH系统进一步提高至少1个数量级，1359 nm输出的量子极限线宽估计为77.6 mHz。
2014-07-06 physics.atom-ph physics.optics
Realization of a time-scale with an accurate optical lattice clock
光学钟不仅是基础研究的有力工具，而且被认为是重新定义国际单位制基本单位秒的工具，因为它们现在在精度和稳定性方面超过铯原子钟的性能超过一个数量级。然而，到目前为止，这种转变的一个重要障碍是光学时钟的可靠性有限，这使得连续实现时标变得不切实际。在本文中，我们将演示如何解决这种情况，并建立一个基于光学时钟的时标，它优于基于最好的铯喷泉时钟。本文还进一步证明了锶晶格钟在$10^{-16}$精度水平上的国际一致性，这是秒定义改变的另一个前提。
2016-02-22 physics.atom-ph physics.optics
Ultra-stable optical clock with two cold-atom ensembles
基于光学跃迁的原子钟是最稳定的，因此也是最精确的计时器。这些时钟通过交替原子询问的间隔与量子态制备和读出所需的死时间来操作。原子系统的这种非连续询问导致迪克效应，即询问原子跃迁的激光的频率噪声的混叠。尽管通过提高激光相干性实现了光学时钟稳定性的最新进展，但Dick效应一直限制着光学时钟的性能。在这里，我们实现了一个强大的解决方案，以克服这一限制：零死区时间的光学时钟的基础上交错询问两个冷原子系综。该时钟表现出极小的Dick噪声，从而在以秒为单位的平均时间$τ$内实现了$6 \times 10^{-17} / \sqrtτ$的前所未有的分数频率不稳定性。我们还考虑了替代的双原子系综方案，以延长激光相干性和降低时钟稳定性的标准量子极限，实现光谱线品质因数$Q> 4 \times 10^{15}$。
2016-07-23 physics.atom-ph physics.optics
One-Dimensional Optical Lattice Clock with a Fermionic 171Yb Isotope
我们利用超冷~（171）Yb原子实现了一维光晶格时钟，该时钟不受线性塞曼效应的影响。171 Yb中1 S 0（F = 1/2）-3 P0（F = 1/2）时钟跃迁的绝对频率被确定为相对于SI秒的518 295 836 590 864（28）Hz。
2009-06-19 physics.atom-ph physics.optics
Optical Ion Clock with Engineered Immunity to Motion-Induced Frequency Shifts
Colorado State University（科罗拉多州立大学）
本文提出一种光谱询问协议，实现对运动诱导频移的一阶自动抑制，并在镱离子光学钟上验证，将相关不确定度从1.3e-18降至0.3e-18，并给出精细结构常数变化的新限值。
2026-09-23 physics.atom-ph quant-ph
Prospects and challenges for squeezing-enhanced optical atomic clocks
我们研究了自旋压缩态对布朗频率噪声限制激光源运转的时钟的好处。基于光学原子钟闭环伺服系统的解析模型，给出了在给定死区时间和激光噪声条件下，原子钟最佳稳定度的定量预测。我们的分析预测是在非常好的协议与数值模拟的闭环伺服回路。我们发现，对于通常的周期性Ramsey询问单原子系综与死时间，即使是目前最稳定的激光自旋压缩只能提高时钟的稳定性的系综低于约一千个临界原子数在一个光学锶晶格钟。即使将来激光器性能提高一个数量级，临界原子数仍然保持在100，000以下。相比之下，基于较小的不可扩展的集合的时钟，例如离子时钟，已经可以从当前时钟激光器的压缩态中受益。
2020-09-09 physics.atom-ph quant-ph
Impacts of random filling on spin squeezing via Rydberg dressing in optical clocks
我们分析了随机分数填充光晶格钟中的自旋里德伯效应。我们比较了在不同的晶格几何结构，包括单位填充的镊子时钟阵列和分数填充的晶格时钟与不同的维数可实现的时钟稳定性。我们提供了实用的考虑和有用的工具，在近似的解析表达式和拟合函数的形式，以帮助在实验中实施里德伯打扮自旋压缩。我们证明了在一维、二维和三维光晶格中通过里德伯修饰的自旋压缩可以在随机分数填充存在下提供稳定性的显著改善。
2020-10-09 physics.atom-ph quant-ph
A transportable optical lattice clock with $7\times10^{-17}$ uncertainty
我们提出了一个可移动的光学时钟（TOC）与$^{87}$ Sr。其完整的表征对一个固定的晶格时钟导致了系统的不确定性${7.4 \times 10^{-17}}$，这是目前有限的剩余晶格光移的测定的统计。测量结果证实，系统不确定性可降低至低于$1 \times 10^{-17}$的设计目标。TOC的不稳定性为$1.3 \times 10^{-15}/\sqrt{(τ/s)}$。据我们所知，系统的不确定性和不稳定性是目前任何类型的可移动时钟所能达到的最好的。对于自动操作，TOC安装在空调汽车拖车中。它适用于亚米级分辨率的精密水准测量以及国际间光学钟的交联，这对SI秒的重新定义至关重要。此外，TOC将用于基础科学的高精度实验，这些实验通常与精确的频率测量有关，这是空间光学时钟的第一步
2016-09-20 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Optical Clocks at Sea
针对可搬运高性能光学时钟实用性受限的问题，研发出35升集成式光学时钟，在太平洋海军舰艇上20天连续运行日误差低于300ps，性能媲美主动氢脉泽钟且体积仅为其十分之一，推动海上光学计时技术取得重大进展。
2023-08-23 physics.atom-ph physics.optics
229Th-doped nonlinear optical crystals for compact solid-state clocks
针对固态核光学钟所需真空紫外激光系统难以小型化现场部署的问题，提出采用掺229Th非线性光学晶体的方案，无需真空紫外激光与真空环境即可运行，助力便携式固态核钟研发。
2024-10-30 physics.atom-ph physics.optics
Systematic study of the $^{87}$Sr clock transition in an optical lattice
与超冷$^{87}$ Sr限制在一个神奇的波长光晶格，我们提出了最精确的研究（2.8 Hz的统计不确定性）迄今为止的$^1S_0$ - $^3P_0$光学时钟过渡的系统偏移（20 Hz的不确定性）的详细分析，在429 228 004 229 867 Hz的绝对频率测量。高分辨率允许研究光晶格运动边带结构。该光学原子钟的本机振荡器是一个稳定的二极管激光器，其Hz级线宽的特点是整个光谱使用飞秒频率梳。
2005-08-06 physics.atom-ph physics.optics
Miniaturized optical frequency standard for next-generation portable optical clocks
光学频率标准，即稳定到原子或分子跃迁的激光器，广泛用于长度计量和激光测距，为光通信提供了主干，并且是下一代光学原子钟的核心。在这里，我们展示了一个紧凑的，低功耗的光学频率标准的基础上的多普勒自由，双光子跃迁在铷-87在778 nm的微光学实验板上实现。对于小于10 $^{3}$ s的平均时间$τ$，该光学标准实现了2.9 × 10 $^{-12}$ / $\sqrtτ$的分数频率稳定性，具有$\approx$ 35 cm $^3$的体积，并在$\approx$ 450 mW的电功率下工作。这些结果表明，紧凑的光学时钟的发展和SI可追溯的波长参考的广泛传播的关键一步。
2020-03-30 physics.atom-ph physics.optics
JILA SrI Optical Lattice Clock with Uncertainty of $2.0 \times 10^{-18}$
我们报告的JILA SrI光晶格时钟的改进系统的评估，实现了几乎相同的系统不确定性相比，以前的锶精度记录集的JILA SrII光晶格时钟（OLC）在$2.1 \times 10^{-18}$。这改进了之前在2013年对JILA SrI光晶格时钟的评估，我们实现了系统不确定性降低到$2.0 \times 10^{-18}$的20倍以上。时钟稳定性提高了7倍，平均时间为$τ$（以秒为单位），达到$4.8 \times 10^{-17}/\sqrtτ$，允许时钟在10分钟内平均到其系统不确定性。我们在几个重要方面改进了系统不确定性预算。这包括一个新的计划驯服黑体辐射引起的频率偏移，通过主动稳定和表征的热环境，包括在晶格光移的高阶项，和更新的原子系数。随着其他系统效应的仔细控制，我们实现了系统偏移的低时间漂移和时钟的高延迟。我们还提出了一个改进的二阶塞曼系数的评估，适用于所有的Sr光晶格时钟。这些性能的改善，使几个重要的研究，包括频率比测量通过博尔德地区时钟光网络（BACON），高精度的比较与JILA的3D晶格时钟，演示一个新的全光时标相结合的SrI和低温硅腔，和超轻标量暗物质的高灵敏度搜索。
2019-06-14 physics.atom-ph quant-ph
Photonic integration of an optical atomic clock
实验室光学原子钟实现了卓越的精度（现在计数到18位或更多），为探索基础物理和实现新的测量开辟了可能性。然而，它们的尺寸和大体积元件的使用阻止了它们在需要精确定时的应用中被更广泛地采用。通过利用硅芯片光子学的集成和减少组件的大小和复杂性，我们展示了一个紧凑的光学时钟架构。在这里，半导体激光器被稳定到微制造的铷蒸气室中的光学跃迁，并且一对互锁的克尔微谐振器频率梳提供时钟激光的完全相干光分频，以产生具有10^13分之一的分数频率不稳定性的电子22 GHz时钟信号。这些结果展示了如何在未来的便携式和超精密光学时钟中使用硅芯片器件的关键概念。
2018-11-01 physics.atom-ph physics.optics
Analysis of a Cesium lattice optical clock
我们提出并分析了一个铯晶格光钟（CLOC），它具有高性能和简单的操作在一个紧凑的形状因子的潜力，利用Cs原子在685 nm处的禁戒光跃迁。利用波长为$λ_{\textrm m}=803~\textrm nm$的魔阱将Cs原子囚禁在三维光晶格中。为了降低对磁场的灵敏度，原子在两个具有相等幅度但相反磁位移的循环跃迁上被探测。时钟的操作只需要三个二极管激光器在685，803，852 nm和简化相比，其他更高性能的光学时钟依赖于碱土原子或单个捕获离子。分析表明，量子噪声有限的稳定性的$8.4\times 10^{-16}/\sqrtτ$和达到1 ns的时间不确定性在1个月的潜力与现实的系统参数。
2022-03-16 physics.atom-ph quant-ph
Theoretical Calculation of the Quadratic Zeeman Shift Coefficient of the 3P0 clock state for Strontium Optical Lattice Clock
从理论和实验上确定了锶原子3 P0钟态的二次塞曼位移系数。在理论上，我们在弱磁场近似下导出了~（88）Sr和~（87）Sr的3P_0钟态的二次塞曼位移的表达式。利用多组态Dirac-Hartree-Fock理论计算了二次塞曼位移系数。为了确定计算结果，在我们的~（87）Sr光晶格时钟中测量了3 P_0，F=9/2，MF=+/-9/2时钟态的二次塞曼位移系数。计算结果表明，~（88）Sr的C_2 =-23.38（5）MHz/T_2，~（87）Sr的3P_0，F=9/2，MF=+/-9/2时钟态与其它实验值和理论值，特别是最近最精确的测量值符合得很好。由于1 S 0，F=9/2，MF=+/-5/2- 3 P0，F=9/2，MF=+/-3/2跃迁被用作对磁场噪声不太敏感的另一个时钟跃迁，我们还计算了其他磁性状态的二次塞曼移位系数。
2022-01-08 physics.atom-ph quant-ph
Measuring the frequency of a Sr optical lattice clock using a 120-km coherent optical transfer
我们演示了一个精确的频率测量使用相位稳定的120公里的光纤链路超过50公里的物理距离。东京大学的87 Sr光晶格时钟的跃迁频率被测量为429228004229874.1（2.4）Hz，参考国际原子时（TAI）。测得的频率与博尔德和巴黎在6*10^-16分数水平上获得的结果一致，这与目前对Cs主频率标准的最佳评估相匹配。结果表明，城市间光纤链路具有良好的性能，光晶格钟在重新定义秒方面具有巨大的潜力。
2008-11-12 physics.atom-ph physics.optics
A Two-Photon E1-M1 Optical Clock
允许的E1-M1激发方案产生对II族类型原子中的${^1S_0} \rightarrow {^3P_0}$时钟跃迁的光学访问。该方法不需要超精细混合或施加其它光学时钟系统的外部磁场。该技术的优点包括无多普勒激励方案和使用蒸汽室增加的便携性。我们将讨论热E1-M1时钟单色激发方案的技术机制，并简要讨论双色方案，以消除光位移。我们确定了Hg，Yb，Ra，Sr，Ba，Ca，Mg和Be的最佳实验参数，并计算出中性Hg对于热的便携式频率标准具有理想的特性。
2014-05-06 physics.atom-ph quant-ph
Hyperpolarizability and operational magic wavelength in an optical lattice clock
光学时钟受益于严格的原子约束，从而能够延长询问时间以及无多普勒和无反冲操作。然而，这些好处是以频移为代价的，如果不适当控制，可能会降低时钟精度。许多理论研究已经预测了光晶格时钟频率偏移，其与陷阱深度成非线性比例。为了在实验上观察和约束这些位移的$^{171}$ Yb光晶格时钟，我们构建了一个晶格增强腔，夸大了光的位移。我们观察到的原子温度是成比例的光学陷阱的深度，从根本上改变的陷阱引起的光位移的缩放和简化其参数化。我们确定了一个“操作”魔术波长的频率偏移是不敏感的陷阱深度的变化。这些测量和定标分析构成了$10^{-18}$级及以上时钟操作的基本系统表征。
2017-10-25 physics.atom-ph quant-ph
Laser spectroscopy of $^{176}$Lu$^+$
我们执行高分辨率光谱$^{176}$陆$^+$包括$^1S_0\leftrightarrow{^3}D_1$和$^1S_0\leftrightarrow{^3}D_2$时钟转换。超精细结构和光学频率相对于$^1S_0$基态的四个低位激发态给出了几十kHz的分辨率。这涵盖了与该同位素的时钟操作相关的最相关的跃迁。此外，对$^3D_2$超精细结构的测量可以提供对更高阶核矩的访问，特别是磁八极和电十六极矩。
2019-01-08 physics.atom-ph
Lasing and suppressed cavity-pulling effect of Cesium active optical clock
我们实验证明了铯原子四能级主动光学钟的集体发射行为和腔拉动效应的抑制。用455.5 nm激光器在6S $_{1/2}$到7 P $_{3/2}$跃迁下选择性泵浦玻璃盒中的热铯原子作为激光介质。利用一对工作在深坏腔区的腔镜实现了铯原子7S $_{1/2}$和6P $_{3/2}$能级间的布居反转光学弱耦合，腔带宽与增益带宽之比约为45.随着455.5 nm泵浦光强度的增加，铯原子主动光钟在1469.9 nm处从7 S $_{1/2}$能级到6 P $_{3/2}$能级的输出功率出现一个阈值，达到13 $μ$ W。有源光钟由于其振荡频率不随腔长变化而变化，而是以抑制腔牵引效应的形式出现，从而大大提高了光钟的稳定性。本文利用法布里-珀罗干涉仪（FPI）测量了Cs有源光钟1469.9 nm腔长与Cs 1469.9 nm跃迁之间的失谐量，分别为140.8 MHz和281.6 MHz时，腔牵引效应减小了38.2和41.4倍。该机制对新一代光钟具有重要意义，可将最佳光钟的稳定性提高至少两个数量级。
2014-04-24 physics.atom-ph physics.optics
Cavity-enhanced non-destructive detection of atoms for an optical lattice clock
我们展示了一种新的方法，腔增强的非破坏性检测原子的锶光晶格时钟。的检测方案被证明是线性的原子数高达至少10,000个原子，拒绝技术噪声源，以实现接近光子散粒噪声限制的信噪比，以提供空间均匀的原子腔耦合，并尽量减少不均匀的交流斯塔克位移。这些特征使得能够以对原子状态的最小扰动来检测原子，这是实现超高稳定性、量子增强光晶格时钟的关键一步。
2019-12-20 physics.atom-ph physics.optics
Development of a strontium optical lattice clock for the SOC mission on the ISS
太空中的超精密光学钟将使基础物理学和天文学的新研究成为可能。在欧洲航天局（ESA）的一项计划中，空间光学时钟（SOC）项目旨在本十年结束时在国际空间站（ISS）上安装和运行一个光晶格时钟。它将是ACES任务的自然后续，将其性能提高至少一个数量级。有效载荷计划包括一个光晶格时钟，以及一个频率梳、一个微波链路和一个光链路，用于将国际空间站时钟与位于几个国家和大陆的地面时钟进行比较。在EU-FP 7-SPACE-2010-1项目编号263500中，在2011-2015年期间开发了一种紧凑、模块化和坚固的锶晶格光学时钟演示器。目标性能是低于1x 10 ^{-15} τ ^{-1/2}的分数频率不稳定性和低于5x 10 ^{-17}的分数不准确性。在这里，我们描述了该装置的发展现状，包括激光子系统。在第二级磁光阱（MOT）中实现了冷{88}^Sr原子的稳健制备。
2015-03-29 physics.atom-ph quant-ph
Improved estimate of the collisional frequency shift in Al$^+$ optical clocks
在原子钟中，背景气体粒子和被捕获离子之间的碰撞可以微妙地改变时钟跃迁的频率。这种效应的校正中的不确定性对捕获离子钟的总系统不确定性预算有重要贡献。使用一个非微扰的分析框架，开发了这个问题，我们估计的频率偏移Al $^+$离子时钟由于与氦和氢的碰撞。我们的计算显着改善的碰撞频移系数的不确定性，并表明，Al $^+$的碰撞频移为零的不确定性。
2019-09-11 physics.atom-ph quant-ph
Noise and instability of an optical lattice clock
我们提出了不同类型的噪声的分析，从我们的锶晶格时钟的检测和询问激光。我们开发了一个噪声模型，表明在我们的设置量子投影噪声-有限的检测是可能的，如果超过130个原子被审问。添加关于具有亚$10^{-16}$分数频率不稳定性的时钟激光器的噪声谱的信息允许推断不同操作模式的时钟稳定性。两个交错的稳定之间的差异的不稳定性与实验观测的极好的协议被found. We推断的时钟不稳定性的$1.6 \times 10^{-16}/\sqrt{τ/ \mathrm{s}}$作为一个函数的平均时间$τ$正常的时钟操作。
2015-11-03 physics.atom-ph physics.optics
Spin squeezing in optical lattice clocks via lattice-based QND measurements
量子投影噪声将很快限制基于晶格限制中性原子的光学原子钟的最佳可实现精度。在Ramsey询问期间通过测量时钟态布居来压缩集体原子赝自旋抑制投影噪声。我们在这里表明，晶格激光场可以用来执行理想的量子非破坏测量没有时钟移位或退相干，并探讨这种方法在理论上与晶格场限制在一个环形谐振腔的可行性。由于晶格阱中的原子振动而产生的运动边带的检测可以产生比投影噪声极限高百倍的信号大小。
2008-05-08 physics.atom-ph quant-ph
Cold collision shift cancelation and inelastic scattering in a Yb optical lattice clock
最近，p-波冷碰撞被证明是占主导地位的密度依赖的时钟跃迁频率在171 Yb光晶格时钟的移位。在这里，我们证明了通过在适当的激发分数下操作这样的系统，冷碰撞位移在5 × 10 ^{-18}分数频率水平以下被抵消。我们报告的非弹性两体损失率为3 P0 - 3 P0和1 S 0 - 3 P0散射。我们还测量了非极化原子样品中的相互作用位移。这种自旋为1/2的171 Yb系统的碰撞测量与高性能光学时钟以及用于量子信息和量子模拟应用的强相互作用系统相关。
2011-08-10 physics.atom-ph physics.optics
Atomic fountains and optical clocks at SYRTE: status and perspectives
在这篇文章中，我们报告的工作与LNE SYRTE原子钟合奏在过去的10年。我们涵盖了原子喷泉及其应用于计时的进展。我们还介绍了基于锶和汞的光晶格钟的发展。我们报告的基本物理定律的测试与这些高度准确的原子钟。我们还报告了与SI秒未来可能的重新定义相关的工作。
2015-07-16 physics.atom-ph physics.optics
A novel absorption resonance for all-optical atomic clocks
我们报道了一个全光三光子吸收共振（称为“N-共振”）的实验研究，并讨论了其作为基于相干布居捕获（CPT）的原子钟的替代品的潜在应用。我们目前的测量的N-共振对比度，宽度和光位移的D1线的87 Rb与不同的缓冲气体，并找到很好的协议与分析模型，这种新的共振。结果表明，N共振态在原子钟中具有良好的应用前景。
2005-01-18 physics.atom-ph physics.optics
An Aubry-André localized optical lattice clock
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本研究在双色光晶格中实现 Aubry-André 局域化，抑制了模拟自由下落的水平光晶格钟的原子隧穿，使浅晶格中 Ramsey 相干时间提升百倍，为空间及地面光晶格钟性能优化提供了实用方案。
2026-10-15 physics.atom-ph quant-ph
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
Probing beyond the laser coherence time in optical clock comparisons
我们开发差分测量协议，规避激光噪声限制的光学时钟比较的稳定性，通过同步探测两个时钟使用锁相本地振荡器。这允许探测时间长于激光相干时间，避免迪克效应，并支持海森堡限制的测量精度。我们提出了这样的频率比较协议，并开发了数值模拟的协议与现实的噪声源。这些方法提供了一种途径，以减少频率比测量持续时间超过一个数量级。
2016-04-12 physics.atom-ph quant-ph
Enhancing optical lattice clock coherence times with erasure conversion
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文提出用于⁸⁷Sr光晶格钟的超精细分辨读出技术，将拉曼散射和辐射衰变导致的误差转换为擦除误差，在Ramsey和自旋回波序列下分别实现超过100秒和150秒的原子相干时间。
2025-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg Spectroscopy in an Optical Lattice: Blackbody Thermometry for Atomic Clocks
我们表明，里德堡态的光谱可以提供准确的{ \em原位}测温在室温下。主量子数为25至30的从亚稳态到里德堡态的跃迁对黑体辐射的分数频率灵敏度比锶钟跃迁大200倍。我们证明，魔术波长晶格存在的亚稳态和里德伯态之间的锶和镱的过渡。用$10^{-16}$精确度测量里德堡跃迁的频率提供了$10 \, \mathrm{mK}$分辨率，并产生了$10^{-18}$的时钟跃迁的黑体不确定性。
2011-07-15 physics.atom-ph quant-ph
The Space Optical Clocks Project: Development of high-performance transportable and breadboard optical clocks and advanced subsystems
超精密光学钟在太空中的应用主时钟将在基础物理学（检验爱因斯坦的广义相对论、通过与遥远的地球时钟进行比较的时间和频率计量学）、地球物理学（绘制地球引力势图）和天文学（为空间无线电测距和干涉测量提供本地振荡器）等领域有一系列新的应用。在欧空局的ELIPS-3方案内，“空间光学钟”项目的目标是在本十年末在国际空间站上安装和运行一个光晶格钟，作为ACES任务的自然后续行动，将其性能提高至少一个数量级。有效载荷计划包括一个光晶格时钟，以及一个频率梳、一个微波链路和一个光链路，用于将国际空间站时钟与位于几个国家和大陆的地面时钟进行比较。EU-FP 7-SPACE-2010-1项目编号263500（SOC 2）（2011-2015）是迈向空间光学时钟的必要一步，其目标是两个“工程置信度”、精确的可移动点阵光学时钟演示器，其在1 s积分时间下的相对频率不稳定度低于1 \times 10^-15，相对不准确度低于5 \times 10^-17。这一目标性能在不稳定性和不准确性方面分别比当今最好的可移动时钟好约2和1个数量级。这些设备将基于被捕获的中性镱和锶原子。其中一个设备将是试验板。这两个系统将在实验室环境中进行验证，其性能将通过与实验室光学时钟和主频率标准进行比较来确定。在本文中，我们介绍了该项目和第一年取得的成果。
2012-06-17 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
