A transportable 40Ca+ single-ion clock with $7.7\times 10^{-17}$ systematic uncertainty
利用小型Paul阱中单个$^{40}Ca^+$在729 nm处的$4s^2S_{1/2}-3d^2D_{5/2}$电四极跃迁，研制了一种可移动的光钟. $^{40}Ca^+$光学时钟的物理系统从庞大而复杂的设置重新设计为两个子系统的集成：包括离子捕获和检测模块的紧凑的单离子单元，以及包括激光源、光束分配器和频率参考模块的紧凑的激光单元。除了电子设备外，整个设备的体积为0.54 $m^3$。系统分数不确定度为$7.7\times 10^{-17}$，Allan偏差为$2.3\times {10}^{-14}/\sqrtτ$。
2016-07-13 physics.atom-ph
A clock with $8\times10^{-19}$ systematic uncertainty
本文报道一种总系统不确定度达 $8.1\ imes10^{-19}$ 的光学晶格时钟，为迄今最低；通过精确控制碰撞位移、晶格光位移、修正黑体辐射位移并测量二阶塞曼系数实现。
2024-06-08 physics.atom-ph
$^{88}$Sr$^{+}$ optical clock with $7.9\times 10^{-19}$ systematic uncertainty and measurement of its absolute frequency with $9.8\times 10^{-17}$ uncertainty
本研究研制出系统不确定度达$7.9\ imes 10^{-19}$的$^{88}$Sr$^{+}$单离子光钟，通过两种方式完成绝对频率测量，得到迄今最精确的光频结果，佐证2021年CIPM推荐频率值偏高。
2025-10-01 physics.atom-ph
Frequency Ratio of ${}^{199}$Hg and ${}^{87}$Sr Optical Lattice Clocks beyond the SI Limit
我们报告的频率比测量的${}^{199}$汞为基础的光晶格时钟参考${}^{87}$锶为基础的时钟。晶格光位移的评估，包括原子运动相关的位移，使我们能够实现一个总的系统的不确定性$7.2 \times 10^{-17}$的汞时钟。频率比被测量为具有分数不确定性$8.4 \times 10^{-17}$的$ν_{\rm Hg}/ν_{\rm Sr}=2.629\, 314\, 209\, 898\, 909\, 60(22)$，其小于SI秒的实现的不确定性，即，SI极限
2015-03-27 physics.atom-ph
Systematic uncertainty due to background-gas collisions in trapped-ion optical clocks
我们描述了一个框架，用于计算由背景气体碰撞引起的捕获离子光学原子钟的频移和不确定性，并将此框架应用于$^{27}$ Al $^+$时钟，使总分数系统的不确定性低于$10^{-18}$。对于这个时钟，与38（19）nPa的室温H $_2$背景气体，我们发现，碰撞加热产生一个非热分布的运动态的平均时间膨胀移位的顺序$10^{-16}$在150 ms的探针，这是没有检测到的边带测温能量测量的结束。然而，碰撞加热的光谱信号的贡献被高度抑制，我们计算的BGC位移是$-0.6(2.4)\times 10^{-19}$，其中的移位是由于碰撞加热时间膨胀和不确定性是主要的最坏情况下的$\pm π/2$约束用于碰撞相移的$^{27}$铝$^+$叠加态。我们实验验证的框架，并确定在原位使用测量的碰撞率，导致混合物种离子对的重新排序的背景气体压力。
2019-07-23 physics.atom-ph
Evaluation of the blackbody radiation shift of an Yb optical lattice clock at KRISS
随着光学时钟的不断改进，频率不确定度已达到10 $^{-17}$级以下，黑体辐射（BBR）引起的频移已成为阻碍进一步改进的主要系统效应之一。为了测量KRISS的Yb光晶格钟的BBR漂移，我们安装了一个真空BBR屏蔽罩，并使用一个黑色涂层球热探针进行了辐射测温。在我们定量测量了热探针的传导损耗和所有外部辐射源的影响之后，我们确定了原子阱位置处的温度，其不确定度为13 mK，这对应于时钟频率（$4.2\times10^{-19}$的分数频率）中的0.22 mHz的不确定度。包括原子响应的BBR位移的总不确定度为$9.5\times10^{-19}$。
2022-07-15 physics.atom-ph
Frequency measurement of the clock transition of an indium ion sympathetically-cooled in a linear trap
我们报告的时钟跃迁的频率测量在115 In+离子与Ca+离子在线性射频陷阱的同情冷却。Ca+离子被用作外部电磁场的探针，并用作制备冷In+的冷却剂。通过使用参照位于同一地点的频率标准的光学频率梳对36个测量值进行平均，确定频率为1 267 402 452 901 049.9（6.9）Hz。
2017-05-02 physics.atom-ph
Precise determination of the isotope shift of ${}^{88}$Sr - ${}^{87}$Sr optical lattice clock by sharing perturbations
我们报告的同位素之间的位移${}^{88}$ Sr和${}^{87}$ Sr的${}^1S_0 - {}^3P_0$时钟转换。具有两个同位素的光晶格时钟的交错操作允许消除常见的扰动，诸如二次塞曼移位、时钟-光移位和黑体辐射移位。同位素位移被确定为62 188 134.004（10）Hz，其中主要的不确定性是由每个同位素不同的碰撞位移引入的。我们的结果使我们能够确定的频率的$^{88}$ Sr- $^{87}$ Sr光晶格时钟的分数不确定度为$2\times 10^{-17}$。该方案普遍适用于测量同位素位移，大大降低了不确定度。
2017-06-09 physics.atom-ph
Evaluation of blackbody radiation shift with temperature associated fractional uncertainty at 10E-18 level for 40Ca+ ion optical clock
在本文中，黑体辐射（BBR）的温度上升所看到的$^{40}$钙$^+$离子被限制在一个小型的保罗陷阱和它的不确定性进行了评估，通过有限元法（FEM）建模。有限元模型进行了验证，通过比较与热摄像机测量，这是由PT 1000电阻温度计校准，在几个点上的假陷阱。详细分析了输入建模参数，并在验证的有限元模型上评估了其对环境温度不确定度的贡献。结果表明，由$^{40}$ Ca $^+$离子观察到的温升为1.72 K，不确定度为0.46 K。它的结果在2.2兆赫的贡献$^{40}$钙$^+$离子光学时钟的系统不确定度，对应于分数不确定度5.4 $\times$ 10 $^{-18}$。这比BBR移位系数引起的不确定性小得多，BBR移位系数被评估为4.8 mHz，并且在分数频率单位中处于10 $^{-17}$水平。
2016-09-18 physics.atom-ph
A strontium optical lattice clock with $1 \times 10^{-17}$ uncertainty and measurement of its absolute frequency
我们测量了$^{87}$ Sr中5s $^2$ $^1$ S $_0$到5s 5p $^3$ P $_0$跃迁的绝对频率，这是SI秒的二级表示。我们描述了用于测量的光晶格时钟装置，我们专注于如何详细评估其系统的频率偏移与总分数的不确定性$1 \times 10^{-17}$。国际单位制的溯源性是通过与国际原子时（TAI）进行比较来提供的。在5天和15天的时间段内收集数据，晶格时钟在平均74个$\%$的时间内运行，我们测量到跃迁的频率为429228004229873.1（5）Hz，这对应于$1 \times 10^{-15}$的分数不确定性。我们详细描述了这种不确定性是如何产生的中间步骤连接的光频率标准，通过我们的本地时间尺度UTC（NPL），一个合奏的主要和次要的频率标准，引导TAI。计算的绝对频率的过渡是在很好的协议与最近在世界各地的其他实验室进行的测量。
2020-05-21 physics.atom-ph
Improved Frequency Ratio Measurement with 87Sr and 171Yb Optical Lattice Clocks at NMIJ
我们报告了改进的频率比测量与$^{87}$ Sr和$^{171}$ Yb光晶格钟在日本国家计量研究所（NMIJ）。的$^{87}$锶光晶格时钟增强了几个主要的修改，并重新评估与减少不确定性的$1.1\times10^{-16}$。我们采用了一个不确定度为$4\times10^{-16}$的$^{171}$ Yb光晶格钟，该钟是为国际原子时（TAI）而开发的。测量结果为$ν_{\mathrm{Yb}}/ν_{\mathrm{Sr}}$ = 1.207 507 039 343 338 58（49）$_{\mathrm{sys}}$（6）$_{\mathrm{stat}}$，分数不确定度为$4.1\times10^{-16}$，比我们以前的测量结果小3.4倍。
2020-10-20 physics.atom-ph
Uncertainty evaluation of an $^{171}$Yb optical lattice clock at NMIJ
本文报道了一个总分数不确定度为$3.6\times10^{-16}$的$^{171}$ Yb光晶格钟的不确定度评定，该不确定度主要受晶格诱导光频移和黑体辐射频移的限制。我们的晶格诱导的光位移，密度漂移，和二阶塞曼位移的评估是基于一个交错的测量，我们测量的频率偏移使用交替稳定的时钟激光器的$\mathrm{6s^{2}\,^{1}S_{0}-6s6p\,^{3}P_{0}}$时钟过渡与两个不同的实验参数。在目前的评估中，晶格诱导超极化率位移$d$的两个灵敏度系数的不确定性，包括在一个广泛使用的光移模型由RIKEN和二阶塞曼位移$a_{\mathrm{Z}}$相比，以前的系数的不确定性得到改善。超极化率系数$d$通过研究陷阱势深度和在双光子跃迁$\mathrm{6s6p^{3}P_{0}-6s8p^{3}P_{0}}$、$\mathrm{6s8p^{3}P_{2}}$和$\mathrm{6s5f^{3}F_{2}}$附近的晶格频率处的光位移来确定。获得的值为$d=-1.1(4)$ $\mathrmμ$ Hz和$a_{\mathrm{Z}}=-6.6(3)$ Hz/mT $^{2}$。这些改进的系数应减少总的系统不确定性的Yb晶格钟在其他机构。
2019-01-04 physics.atom-ph
Evaluation of the systematic shifts of a ${}^{40}\textrm{Ca}^+-{}^{27}\textrm{Al}^+$ optical clock
基于量子逻辑的${}^{27}\textrm{Al}^+$光学时钟已经在几种方案中得到了证明，因为辅助离子种类有不同的选择。在本文中，我们提出了第一个详细的评估系统的移位和总的不确定度的${}^{27}\textrm{Al}^+$光学时钟的同情冷却的${}^{40}\textrm{Ca}^+$离子。估计了${}^{40}\textrm{Ca}^+ - {}^{27}\textrm{Al}^+$量子逻辑钟的总系统不确定度为$7.9 \times 10^{-18}$，它主要受二次塞曼位移的不确定度限制。通过比较两束对向传播的时钟束在同一离子上的频率，我们测量了频率稳定度为$3.7 \times 10^{-14} /\sqrtτ$。
2022-08-05 physics.atom-ph
Interrogation of caesium atoms in a fountain clock by a femtosecond laser microwave oscillator
铯喷泉钟是利用微波振荡器，从一个稳定的激光器，通过光纤激光器飞秒频率梳获得其频率稳定性。这种振荡器是基于光学时钟的技术开发，并取代了喷泉钟中常用的石英微波振荡器。其结果是，喷泉钟的频率不稳定性的显着降低，达到0.74E-14在100秒的平均时间。我们可以证明，对于一个显着的范围内检测到的原子数的不稳定性是有限的量子投影噪声，并为目前的状态，这个喷泉时钟的新的微波源不构成限制可实现的频率不稳定性。
2009-01-19 physics.atom-ph
Spin-1/2 Optical Lattice Clock
实验研究了基于光晶格中$^{171}$ Yb（$I=1/2$）原子的光钟。我们评估了时钟跃迁的所有已知频率漂移，包括密度相关的碰撞漂移，其分数不确定性为$3.4 \times 10^{-16}$，主要受到黑体辐射斯塔克漂移的不确定性的限制。我们测量了相对于NIST-F1 Cs喷泉时钟的绝对时钟跃迁频率，发现频率为518 295 836 590 865.2（0.7）Hz。
2009-07-25 physics.atom-ph
Inverse identification of thermal-radiative parameters for reduced effective-temperature uncertainty in an ion optical clock
National Institute of Metrology（中国计量科学研究院）；Beijing Jiaotong University（北京交通大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本文针对室温单离子光钟的黑体辐射频移不确定度问题，开发结合红外热成像、有限元模型与降阶代理的混合逆演框架，将离子位置有效温度不确定度降至155.0 mK，为降低BBR不确定度提供可重复途径。
2026-10-14 physics.atom-ph
A low maintenance Sr optical lattice clock
我们描述的Sr光晶格时钟装置在NPL，特别强调的技术，用于提高可靠性和最大限度地减少在其操作中的人力需求。其核心是一个时钟参考传输腔方案，用于稳定冷却和捕获激光器。我们强调了几项措施，以增加时钟的可靠性，以期实现一个光学时标。在最近的一次测量活动中，该时钟在25天的时间内提供了502小时的数据（84%的时间间隔），其中几个不间断的时间段超过48小时。在时钟的交错自比较中进行$10^5$ s平均之后，达到$2\times10^{-17}$的不稳定性。
2016-02-18 physics.atom-ph
An Al$^+$ clock with $1.6\times10^{-18}$ systematic uncertainty and its frequency ratios
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学量子光学研究所）；Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS-PSL Research University, Collège de France（索邦大学、法国国家科学研究中心、巴黎文理研究大学、法兰西公学院卡斯特尔-布罗塞尔实验室）
本文报道了铝离子光钟系统频移的全面评估，其总系统分数频率不确定度为$1.6\times10^{-18}$，并测量了绝对频率及与锶光钟的频率比，为未来秒定义重新修订提供重要贡献。
2026-06-24 physics.atom-ph
Ytterbium lattice clock with systematic uncertainty of $1.3\times 10^{-18}$ and instability at the $10^{-19}$ level
Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
报道基于 $^{171}$Yb 原子的光晶格钟，总系统不确定度为 $1.1\times 10^{-18}$，通过真空内增强腔和双钟同步比较实现低至 $2.7\times 10^{-19}$ 的稳定性。
2026-09-22 physics.atom-ph
Improved systematic uncertainty evaluation of the $^{171}$Yb optical lattice clock NMIJ-Yb1 with uncertainty of $2.6\times10^{-17}$
National Metrology Institute of Japan (NMIJ), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（日本国家计量院（NMIJ），产业技术综合研究所（AIST））；Department of Physics, Graduate School of Engineering Science, Yokohama National University（横滨国立大学工学研究科物理系）
该研究评估了 $^{171}$Yb 光晶格钟 NMIJ-Yb1 的系统不确定度，通过浅晶格边带冷却和真空内测温将总不确定度降至 $2.6\ imes10^{-17}$，并实现 91.3% 的连续运行，为国际原子时校准改进提供潜力。
2026-09-16 physics.atom-ph
Improved frequency measurement of the $^1S_{0}$-$^3P_{0}$ clock transition in $^{87}$Sr using the Cs fountain clock at NMIJ as a transfer oscillator
我们进行了绝对频率测量的$^1S_{0}$ - $^3P_{0}$过渡的$^{87}$ Sr的分数不确定度为$1.2 \times 10^{-15}$，这是不到三分之一，我们以前的测量。铯喷泉原子钟被用作转移振荡器，以减少锶光晶格钟和SI秒之间的联系的不确定性。跃迁频率的绝对值为429 228 004 229 873.56（49）Hz。
2015-09-14 physics.atom-ph
Superradiant active optical atomic clocks: motivations and current challenges
针对被动式光学原子钟受本地振荡器涨落限制的问题，提出构建由原子跃迁定义发射频率的主动型光学原子钟构想，并综述该领域最新进展与未来前景。
2024-11-06 physics.atom-ph
Frequency ratio measurement of 171Yb and 87Sr optical lattice clocks
利用两个光晶格时钟之间的光-光直接频率链测量了~（171）Yb的1 S_0（F = 1/2）-3P_0（F=1/2）时钟跃迁与~（87）Sr的1 S_0（F = 9/2）-3P_0（F=9/2）时钟跃迁的频率比。在1.5 × 10 ~（-15）的分数不确定度下，测得Yb/Sr比值为1.2075070393433404（18）。频率比的测量不确定度小于使用国际原子时（TAI）链路从绝对频率测量获得的不确定度。所测得的比值与NIST和JILA，Boulder，CO使用他们的Cs喷泉钟获得的绝对频率测量结果吻合得很好。我们的测量使第一次国际比较的光学时钟的频率比，我们得到了很好的协议，两个测量的比率与不确定性小于TAI链接。测得的频率比将报告给国际度量衡委员会，以讨论重新定义秒的问题。
2014-03-24 physics.atom-ph
Doppler Shift Mitigation in a Chip-Scale Atomic Beam Clock
本研究通过利用多普勒移位与共振光移位的竞争，实现了芯片尺度原子束钟在零激光频率敏感性和白噪声限制下的高精度运行。
2025-12-04 physics.atom-ph
Improved systematic evaluation of a strontium optical clock with uncertainty below $1\times 10^{-18}$
USTC Sr1光晶格钟实现$9.2\ imes10^{-19}$的系统不确定度，通过改进黑体辐射、密度、晶格光和磁频移评估及温度控制，达到SI秒重定义要求并提升频率稳定度。
2025-09-17 physics.atom-ph
Guidelines for developing optical clocks with $10^{-18}$ fractional frequency uncertainty
自20世纪70年代首次提出对捕获的单离子进行精确光谱分析以来，光学频率标准的性能已经取得了巨大的进步。当今领先的光学标准的估计分数频率不确定度目前在$10^{-18}$范围内，比最好的铯主频率标准大约好两个数量级。这种卓越的精度和稳定性导致越来越多的研究小组开发光学时钟。虽然已经有了涉及这一专题的良好审查文件，但还需要有更多的实际指导方针作为补充。因此，本文件的目的是为开始在光学时钟领域的研究人员提供技术指导。目标受众包括希望建立光学钟（或其子系统）的国家计量研究所（NMI）以及进入该领域的博士生和博士后。另一个潜在的受众是在原子物理学和原子或离子捕获方面有经验，但在时间和频率计量学以及光学时钟要求方面经验较少的学术团体。这些指南是由EMPIR项目“具有$1 \times 10^{-18}$不确定性的光学时钟”（OC 18）的范围产生的。因此，这些例子来自欧洲实验室，尽管世界各地都在进行类似的工作。OC18的目标是通过改进每个必要的子系统来推动光学时钟的发展：超稳定激光器，中性原子和单离子阱以及询问技术。本文件分享了OC 18项目联合体所获得的知识，并就每个方面提供了实用指导。
2019-08-13 physics.atom-ph
Shift of nuclear clock transition frequency in $^{229}$Th ions due to hyperfine interaction
本研究计算$^{229}$Th及其各价离子的超精细结构，分析一阶、二阶超精细相互作用对核钟频率的偏移特性，明确其与库仑相互作用偏移及核钟预期精度的数量级对比。
2023-10-28 physics.atom-ph
Synchronous Comparison of Two Thulium Optical Clocks
本文通过单台超稳激光器对两台铥原子光晶格钟进行同步比对，消除了激光频率波动，在500秒平均后实现$10^{-16}$相对测量误差，为研究$10^{-17}$量级系统频移奠定基础。
2024-07-04 physics.atom-ph
Sr lattice clock at 1x10^{-16} fractional uncertainty by remote optical evaluation with a Ca clock
光学原子钟由于其高工作频率而保证了最高精度和准确度的计时。对这些时钟进行严格的评估需要对它们进行直接比较。我们已经实现了一个高性能的远程比较的光学时钟超过公里级的城市距离，这些光学标准的发展，传播和应用的关键一步。通过这种远程比较和适当设计的晶格限制的中性原子的时钟操作，我们评估的锶（Sr）光晶格时钟在1x 10 -16分数水平的不确定性，超过了目前最好的铯（Cs）的基本标准的评估。我们还报道了在自旋极化的费米子样品中观察到的密度依赖效应，并讨论了黑体辐射引起的频率偏移的电流限制效应。
2008-03-28 physics.atom-ph physics.gen-ph
Radium Ion Optical Clock
我们报告的第一个操作的Ra $^{+}$光学时钟，一个有前途的高性能时钟候选人。该时钟使用单个捕获的$^{226}$ Ra $^{+}$离子，并在$7s\ ^2S_{1/2}\rightarrow$ $6d\ ^2D_{5/2}$电四极跃迁上工作。通过自参考三对对称塞曼跃迁，我们证明了1.1 $\times10^{-13}$ / $\sqrtτ$的频率不稳定性，其中$τ$是以秒为单位的平均时间。总系统不确定度被评估为${Δν/ ν= 9 \times 10^{-16}}$。利用该时钟，我们实现了$D_{5/2}$态与$S_{1/2}$态之比的第一次测量Landé $g$ -因子：$g_{D}/g_{S}$ = 0.5988053（11）。Ra $^{+}$光学时钟可以改善在光学频率比较中对精细结构常数$\dot α/ α$的时间变化的限制。离子还具有使其成为可移动光学时钟的合适系统的几个特征。
2022-01-26 physics.atom-ph
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
Rydberg Electrometry for Optical Lattice Clocks
使用里德伯态进行电测量，以评估锶中$5s^2$ $^1\textrm{S}_0-5s5p$ $^3\textrm{P}_0$时钟跃迁的二次斯塔克位移。通过使用电磁感应透明测量高度激发的$5s75d\;^1\textrm{D}_2$状态的斯塔克位移，我们表征了具有足够精度的电场，以提供对时钟过渡的系统移位的严格约束。利用理论推导和实验验证的里德堡态的极化率，我们可以测量剩余场，其不确定度远低于$1 \textrm{V} \textrm{m}^{-1}$。该分辨率允许我们将时钟转换的二次斯塔克移位的分数频率不确定性约束为$2\times10^{-20}$。
2017-06-06 physics.atom-ph
Cryogenic optical lattice clocks with a relative frequency difference of $1\times 10^{-18}$
时间和频率是最精确的测量量，为科学和现代技术提供了基础。精确度依赖于SI（国际系统）秒，指的是在$10^{-16}$具有分数不确定度的Cs微波时钟。光学钟的最新革命性进展旨在实现$1\times 10^{-18}$不确定性，然而，这受到长平均时间或系统不确定性的阻碍。在这里，我们展示了光晶格时钟与$^{87}$ Sr原子在低温环境中询问，以解决黑体辐射引起的频移，这仍然是时钟的不确定性的主要来源，并启动了有力的理论和实验研究。$N \sim 1,000$原子的量子极限稳定性允许在两个小时的时钟操作中调查$2\times 10^{-18}$的不确定性。在一个月内进行了11次测量后，两个低温时钟在$(-1.1\pm 1.6)\times 10^{-18}$范围内一致。除了对基础科学的贡献和SI秒的重新定义之外，这种精确时钟的快速比较还为相对论大地测量提供了一种手段。
2014-05-16 physics.atom-ph
Cryogenic Optical Lattice Clock with $1.7\times 10^{-20}$ Blackbody Radiation Stark Uncertainty
本研究研发出采用动态驱动辐射屏蔽的低温光学晶格钟，将黑体辐射斯塔克扰动相对频率控制在$1.7\ imes10^{-20}$，较现有最优水平提升约40倍，还测量验证了镱的相关黑体辐射系数，降低了其不确定度。
2025-06-06 physics.atom-ph
Towards a transportable Ca$^+$ optical clock with a systematic uncertainty of $4.8\times 10^{-18}$
我们提出了一个紧凑的，长期的几乎连续运行的室温钙$^+$光学时钟设置对一个可移动的时钟，实现了整体系统的不确定度为$4.8\times 10^{-18}$和97.8%的重复率超过8天的时间。采用主动式液体冷却方案，结合真空室内外13个温度传感器的精确测温，保证了光学钟热环境的准确评估。环境温度的不确定性被评估为293.31（0.4）K，对应于一个黑体辐射（BBR）的频移不确定性$4.6\times 10^{-18}$，这是减少了两倍以上，我们以前的工作相比。通过室温Ca $^+$光钟与低温Ca $^+$光钟的频率比对，时钟比对的总体不确定度为$7.5\times 10^{-18}$，包括统计不确定度$4.9\times 10^{-18}$和系统不确定度$5.7\times 10^{-18}$。本工作为高精度便携式离子光学钟的研制提供了一套可行的方案。
2023-03-14 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Linear Paul trap design for an optical clock with Coulomb crystals
我们报告了一个分段的线性保罗陷阱的光学时钟应用程序使用捕获离子库仑晶体的设计。为了提高光学钟的短期稳定性和分数频率不确定度为10^-18，我们提出了172 Yb+共振冷却115 In+离子。我们讨论了这样的频率标准的系统频率偏移。特别是，我们阐述了高精度计算的离子阱的射频电场的有限元方法。通过这些计算，我们找到了一种可扩展的设计方案，在该方案中，离子的过度微动最小，相应的二阶多普勒频移对频率标准的相对不确定度的贡献小于10^-18。
2011-09-28 physics.atom-ph
Quadruply Ionized Barium as a Candidate for a High-Accuracy Optical Clock
我们确定Ba $^{4+}$（Te类）作为一个有前途的候选人的高精度光学时钟。最低电子态是具有反常能量有序的$^3P_J$精细结构流形的一部分，在$J$中是非单调的。我们提出了一个时钟的基础上的338.8太赫兹电四极跃迁之间的地面（$^3P_2$）和第一激发（$^3P_0$）的电子状态。我们进行相对论多体计算，以确定该离子的相关属性。的激发时钟状态的寿命被发现是几秒钟，容纳低的统计不确定性与一个实际的平均时间的单个离子。差分静态标量极化率被发现是小的和负的，提供抑制的灵敏度黑体辐射，同时允许取消斯塔克和多余的微动移位。除Hg $^+$和Yb $^+$外，对精细结构常数变化的敏感性比迄今为止证明的其他光学时钟更大。
2020-10-23 physics.atom-ph
$^{171}$Yb$^+$ optical clock with $2.2\times 10^{-18}$ systematic uncertainty and absolute frequency measurements
本文对NPL的镱离子光钟E3跃迁进行全面不确定度评估，系统不确定度达$2.2\times 10^{-18}$，并在2019至2023年间完成绝对频率测量，结果与2021年BIPM推荐值一致。
2024-03-21 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
Limitations of long term stability in a coherent population trapping Cs clock
蒸气室原子钟对于大约一百秒和几千秒之间的平均时间表现出降低的频率稳定性。本文研究了基于相干布居俘获（CPT）的缓冲气室Cs钟的主要参数对钟的中长期不稳定性的影响。CPT信号被观察到的Cs D1线传输，使用双$Λ$计划和拉姆齐询问技术。的时钟频率的磁场，细胞温度和激光强度的影响报告。我们特别表明，激光强度的变化是温度依赖性。与激光强度比和激光偏振特性一样，这是最重要的参数之一。
2014-06-24 physics.atom-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
A liquid nitrogen-cooled Ca^+ optical clock with systematic uncertainty of 3*10^-18
在这里，我们提出了一个液氮冷却的Ca^+光学钟，其总体系统不确定度为3*10^-18。与我们之前报道的室温Ca^+光钟不同，真空中的黑体辐射（BBR）屏蔽层的温度已经用液氮降低到82（5）K。还介绍了一种具有较低加热速率的离子阱和改进的冷却激光器。这使得在时钟运行过程中，离子温度可以冷却到多普勒冷却极限，并且由于离子的长期（热）运动而导致的系统不确定性可以降低到< 1*10^-18。超拉姆齐方法和高阶伺服算法也分别将探测激光偏移和伺服误差引起的不确定性降低到< 1*10^-19和4*10^-19。通过将低温时钟的输出频率与室温时钟的输出频率进行比较，可以测量两者之间的差分BBR漂移，其分数统计不确定度为7*10^-18。用微分BBR位移计算了静态微分极化率，发现与我们以前用不同方法测量的结果非常吻合。这项工作表明，光学时钟的BBR漂移可以很好地抑制在液氮环境中。这是有利的，因为用于光学时钟的常规液氦低温系统更昂贵且更复杂。此外，所提出的系统可以用于抑制其他类型的光学时钟，如Yb^+，Sr^+，Yb，Sr等的BBR移位显着。
2021-03-16 physics.atm-clus physics.atom-ph
Long term measurement of the $^{87}$Sr clock frequency at the limit of primary Cs clocks
我们报告了从2017年到2019年三年间对$^{87}$ Sr中429~THz（5s $^2$）~ $^1$ S $_0$ -（5s 5 p）~ $^3$ P $_0$线的跃迁频率进行的一系列42次测量。它们是在联邦物理技术研究所（PTB）的实验室锶晶格钟和主铯喷泉钟CSF 1和CSF 2之间进行的。每一个单独的测量运行的长度已延长使用氢脉泽作为飞轮，以改善统计不确定度给出的铯时钟。我们确定了一个平均的过渡频率$429\:228\:004\:229\:873.00(0.07)$ ~Hz与$1.5\times10^{-16}$分数的不确定性，在目前实现的单位赫兹的限制。分析的数据提供了一个改进的限制耦合的引力势的太阳质子-电子质量比$μ$，并确认其时间漂移的限制。
2020-05-15 physics.atom-ph
An atomic clock with $1\times 10^{-18}$ room-temperature blackbody Stark uncertainty
由于黑体辐射（BBR）的斯塔克位移是限制许多原子频率标准的性能的关键因素，与BBR环境内的时钟装置是难以在高精度水平的特征。在这里，我们展示了一种真空辐射屏蔽，它为镱光晶格时钟中的原子提供了一个均匀的、特征良好的BBR环境。在室温下工作时，该屏蔽层能够将BBR环境规范为相应的分数时钟不确定度贡献$5.5 \times 10^{-19}$。结合原子响应的不确定性，BBR斯塔克位移的总不确定性现在是$1\times10^{-18}$。屏蔽在高温下的进一步操作使得能够直接测量BBR移位温度依赖性，并证明我们评估的BBR环境和预期的原子响应之间的一致性。
2014-12-02 physics.atom-ph quant-ph
A strontium lattice clock with $3 \times 10^{-17}$ inaccuracy and its frequency
我们在PTB用两个铯原子喷泉钟测量了基于$^{87}$ Sr的光晶格钟的绝对频率，其不确定度为$3.9\times 10^{-16}$。这接近于当今SI秒的最佳实现的精度。$^{87}$ Sr中5s $^2$ $^1$ S $_0$-5s 5 p $^3$ P $_0$跃迁的绝对频率为429，228，004，229，873.13（17）Hz。我们的结果与最近在世界各地不同实验室进行的测量结果非常一致。我们将Sr频标的总系统不确定度提高了5倍，达到了$3\times 10^{-17}$，为基础研究、大地测量或光学钟评估的光学钟之间的频率比测量开辟了新的前景。
2014-08-15 physics.atom-ph
The absolute frequency of the 87Sr optical clock transition
利用晶格限制原子测量了87 Sr的1 S 0 - 3 P0时钟跃迁的绝对频率为429 228 004 229 873.65（37）Hz，其中8.6x10-16的分数不确定度代表了迄今为止原子跃迁频率的最准确测量之一。在详细研究了系统的影响，这减少了总的系统不确定性的锶晶格时钟到1.5x10-16，时钟频率测量对氢脉泽，同时校准到美国的主要频率标准，NIST的铯喷泉时钟，NIST-F1。使用基于飞秒激光器的光学频率梳相位相干地连接光学和微波光谱区域并且通过3.5 km光纤传输方案来比较远程定位的时钟信号，使得比较成为可能。
2008-04-29 physics.atom-ph
A Liquid-Nitrogen-Cooled Ca+ Ion Optical Clock with a Systematic Uncertainty of 4.4E-19
该研究通过液氮冷却实现了一种高精度的Ca+离子光学钟，显著降低了系统不确定性和二次塞曼移位不确定性。
2025-12-16 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
Absolute frequency measurement of the $^2$S$_{1/2} \rightarrow ^2$F$_{7/2}$ optical clock transition in $^{171}$Yb$^+$ with an uncertainty of $4\times 10^{-16}$ using a frequency link to International Atomic Time
$^{171}$ Yb $^+$中的高度禁戒的$^2$ S $_{1/2} \rightarrow ^2$ F $_{7/2}$电八极跃迁是重新定义SI秒的潜在候选者。我们提出了一个测量的绝对频率的光学过渡，使用频率链接到国际原子时提供可追溯性SI秒。$^{171}$ Yb $^+$光频标工作时间为25天的76%，测得绝对频率为642 121 496 772 645.14（26）Hz。$4.0 \times 10 ^{-16}$的分数不确定度与以前报道的最佳测量结果相当，后者是通过与当地铯主频率标准进行直接比较而获得的。
2017-10-27 physics.atom-ph
Absolute frequency measurements with a robust, transportable ^{40}Ca^{+} optical clock
本文报道了一台可搬运40Ca+光钟在武汉至北京异地溯源至秒定义后，对729 nm钟跃迁绝对频率进行35天测量，通过提升有效运行率至91.3%并优化比对与溯源链路，获得不确定度3.2×10^(-16)的频率值，较此前结果降低1.7倍，精度达到国际先进水平。
2023-03-02 physics.atom-ph
A multi-ion optical clock with $\mathbf{5 \times 10^{-19}}$ uncertainty
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学量子光学研究所）
本文提出一种多离子光学钟，其频率不确定度为5.3×10^-19，采用10个Sr离子，通过离子分辨态检测抑制位置依赖性移位，测量时间减少4.8倍，与Yb单离子钟对比显示高精度频率比。
2026-03-24 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
Optical Atomic Clocks
光学原子钟代表了现代测量科学的前沿。本文详细介绍了基于单离子和多个中性原子的光学原子钟的发展。我们讨论了光学时钟的重要技术成分，我们提出了测量精度和系统的不确定性与一些最好的时钟。最后，我们展望了令人兴奋的时钟应用前景。
2015-02-09 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
