Towards a Transportable Aluminium Ion Quantum Logic Optical Clock
随着具有$10^{-17}$量级及以下分数频率不确定性的光学时钟的出现，出现了诸如具有几厘米高度分辨率的精密水准测量的新应用。我们正在开发一种可移动的光学时钟的基础上，一个单一的捕获铝离子，这是通过量子逻辑光谱询问。我们采用单电荷钙作为逻辑离子的交感神经冷却，状态准备和读出。在这里，我们提出了一个简单而紧凑的物理和激光包操作的$^{40}\mathrm{Ca}^+$。重要的特点是一个分段的多层陷阱与单独的加载和探测区，一个紧凑的钛真空室，一个近衍射极限成像系统与高数值孔径的基础上，一个单一的双非球面透镜，和一个全光纤$^{40}\mathrm{Ca}^+$再泵激光系统。我们提出了初步估计的陷阱引起的频率偏移$^{27}\mathrm{Al}^+$，来自测量与一个单一的钙离子。微运动引起的$^{27}\mathrm{Al}^+$的二阶多普勒频移被确定为\sods，黑体辐射频移为$δν_\mathrm{BBR}/ν=(-4.0\pm0.4)\times10^{-18}$。此外，在径向（轴向）方向上，在$ω_\mathrm{rad,Ca+} \approx2π\times2.5\,\mathrm{MHz}$（$ω_\mathrm{ax,Ca+} \approx2π\times1.5\,\mathrm{MHz}$）的陷阱频率下，已经测量到每秒30（7）量子的加热速率，使得询问时间为几百毫秒…
2019-05-14 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
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
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
Transportable strontium lattice clock with $4 \times 10^{-19}$ blackbody radiation shift uncertainty
本文报道了一种总系统不确定度为 $2.1 \times 10^{-18}$、黑体辐射位移不确定度低至 $4 \times 10^{-19}$ 的可搬运锶光晶格钟，并通过与铯喷泉钟比对验证了其频率测量能力，展示了其在厘米级大地测量和跨机构频率比对中的应用潜力。
2025-07-18 physics.atom-ph quant-ph
Towards a Re-definition of the Second Based on Optical Atomic Clocks
与作为时间和频率主要标准的铯原子钟相比，光学原子钟的准确性和稳定性迅速提高，要求在未来重新定义国际单位制（SI）中的秒。本文介绍了基于射频阱中的单离子或存储在光晶格中的中性原子的光学时钟的现状，并着重介绍了德国联邦物理技术研究院（PTB）目前的工作。除了开发和运行不同的光学时钟，估计分数不确定度在10^-18范围内，支持工作的超稳定激光器作为核心元件和手段，比较远程光学时钟通过可移植的标准，光纤，或可移植的时钟报告。最后，条件，方法和接下来的步骤进行了讨论，是未来重新定义的第二个先决条件。
2015-01-28 physics.atom-ph
Deployment of a Transportable Yb Optical Lattice Clock
报告了首个完全独立的镱可运输光学晶格钟的部署，跨3000公里运输并在2天内运行，实现与铷喷泉的频率比较，将光学稳定性相干结合到微波输出中。
2024-09-24 physics.atom-ph physics.optics
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
Towards a compact transportable optical clock based on the octupole transition in 171Yb+
本研究基于单个171Yb+离子467 nm八极跃迁开发紧凑型光学钟，实现2.3 Hz近傅里叶极限线宽，频率不稳定度达2.2E-15/sqrt(tau/s)，为E-18级高精度工程样机奠定技术基础。
2025-10-12 physics.atom-ph physics.optics
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
Extraordinary low systematic frequency shifts in bi-colour thulium optical clock
光学原子钟已经克服了小数点后18位的不稳定性和不确定性，证明了对时钟跃迁频率的外部扰动的不可思议的控制。与此同时，对原子和离子跃迁的需求越来越大，对外场的敏感性最小，具有实用的操作波长和强大的读出协议。目标之一是简化时钟的操作，将其相对不确定度保持在低的10-18水平。这对于可移动的和设想的天基光学时钟尤其重要。我们以前证明了中性钍的1.14 μ m内壳层磁偶极跃迁与其它中性粒子相比具有很低的黑体辐射位移。在这里，我们展示了一个双色的thumerite光学时钟的操作与非常低的灵敏度，塞曼移位由于同时询问两个时钟转换和数据处理。我们的实验表明，抑制的平方塞曼位移的至少三个数量级。张量晶格斯塔克位移的影响也可以减少到低于10-18的分数频率单位。所有这些特点使得超导光钟几乎不受难以控制的系统漂移的影响。加上方便的冷却和捕获激光波长，它提供了巨大的前景，作为一个高性能的可移动系统的铥晶格时钟。
2021-02-15 physics.atom-ph
Transportable laser system for atom interferometry
我们描述了一个光具座，在其中我们锁定一组三个激光器的相对频率或相位，以便在冷原子干涉实验中使用它们。作为一个新的特征，同样的两个激光器交替地用于冷却原子和实现原子干涉仪。这需要在几GHz内快速改变光频率。所需的独立激光源的数量仅为3个，这使得整个激光系统能够在单个可移动的光具座上构造。最近的结果与此光学设置也提出。
2005-10-28 physics.atom-ph
A simplified optical lattice clock
现有的光晶格时钟表现出高水平的性能，但它们仍然是复杂的实验装置。为了满足更广泛的应用，包括那些需要便携式设备的应用，有必要简化激光系统并减少支持硬件的数量。在这里，我们展示了两个重要的步骤，实现这一目标：演示时钟信号从锶晶格时钟完全基于半导体激光器技术的基础上，和一种方法，用于寻找时钟转换（基于原子波长的重合），消除了广泛的频率计量硬件的需要。此外，信号中出乎意料的高对比度揭示了Sr-88原子中密度相关碰撞的证据。
2008-12-22 physics.atom-ph
Compact single-seed, module-based laser system on a transportable high-precision atomic gravimeter
一个单一的种子，基于模块的紧凑型激光系统上演示了一个可移动的$^{87}\text{Rb}$为基础的高精度原子重力仪。原子干涉所需的激光频率由自由空间声光调制器（AOM）和谐振电光相位调制器（EOM）提供。来自同一激光器的两个光路之间的光学锁相环提供了分别使用AOM和EOM的由6.835 GHz的超精细频率分离的两个激光频率之间的容易的频率操纵。我们的方案避免了寄生拉曼跃迁存在于直接EOM调制方案（直接调制在超精细分裂的频率），这对重力测量的准确性有不利影响。光锁相环还通过拉曼激光器的相位偏移提供了一种方便的振动补偿方式。此外，模块化设计方法允许每个单独的光学模块上的即插即用性质，并且还增加了光学系统的机械稳定性。我们证明了高精度的重力测量与17.8 $μ\text{Gal}$稳定超过250秒的平均时间和2.5 $μ\text{Gal}$稳定超过2小时的平均时间。
2022-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Ion optical clocks with three electronic states
针对光钟支撑激光系统复杂且需频繁维护的问题，提出利用$S_{1/2}\ ightarrow D_{3/2}$电四极跃迁的类碱离子光钟，减少所需激光波长并借助核自旋实现超精细态制备与读出，以$^{225}$Ra$^{+}$为候选系统助力实现可搬运光钟。
2023-05-23 physics.atom-ph
Simultaneous two initial clock states preparation for thulium optical clock
由于钍光钟对黑体辐射的灵敏度较低，且具有良好的精度和稳定性，因而是最有前途的便携式光钟之一。Tm时钟跃迁的主要系统效应之一，即二阶塞曼效应，可以通过探测时钟操作期间在不同的超精细基态和亚稳态之间的两个时钟跃迁来消除。我们同时制备两个基态超精细能级的$m_F=0$态原子，交替激发两个时钟跃迁。在这里，我们证明了有效的光泵浦到两个目标状态通过单频辐射在418.8 nm。基态超精细能级的$m_F=0$态的布居分别为初始原子数的36%和3.8%，而非零磁子能级的布居分别小于4%和0.4%。我们进行了数值模拟的光泵浦过程，这是能够合理地解释实验结果。
2020-08-05 physics.atom-ph
Broadband, unpolarized repumping and clearout light sources for Sr$^+$ single-ion clocks
未来的便携式光学钟需要紧凑可靠的光源。在这里，宽带，非偏振再泵浦和状态清除源的Sr+单离子光学时钟的报告。这些交钥匙设备不需要频率稳定或外部调制器。它们是基于纤维的，便宜的，紧凑的。时钟操作的关键特性，包括光谱，诱导光位移和所需的消光比。使用操作单离子标准品进行的测试显示清除效率为100%。与基于激光的再泵浦器相比，离子检测可实现的荧光率低几十个百分点。得到的离子动力学温度为1- 1.5mK，接近离子系统的多普勒极限。使用半导体增益介质可以为Ca+（866 nm）和Ba+（650 nm）制作类似的再泵浦光源。
2015-04-17 physics.atom-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
First GNSS-deployed optical clock for local time scale upgrade
本文报告将可搬运光学时钟部署于守时机构并牵引主动氢钟生成光学时间尺度，实现了GNSS本地时间尺度升级，半年内达93.6%运行率与4E-17月不稳定性，证明每月低于100皮秒授时精度的可行性。
2025-10-14 physics.atom-ph physics.optics
Absolute frequency measurement of the 40Ca+ S1/2 - D5/2 clock transition
本文报道了在线性Paul阱中用激光冷却的~（40）Ca ~+离子在10^{-15}能级上的第一次绝对跃迁频率测量。在此测量中，频率梳参考LNE-SYRTE的可移动Cs原子喷泉钟，并用于测量S1/2-D5/2电四极跃迁频率。经过系统漂移校正后，得到了时钟跃迁频率f_Ca+ = 411 042 129 776 393.2（1.0）Hz，其对应的分数不确定度在Cs标准的3倍以内。未来的改进预计将导致超过最好的铯喷泉钟的不确定性。此外，我们确定D5/2水平的Lande g因子为gD 5/2=1.2003340（3）。
2008-06-09 physics.atom-ph
A Sideband-Enhanced Cold Atomic Source For Optical Clocks
我们演示了增强和优化的冷锶原子束从二维磁光阱（2D-MOT）横向加载从准直原子束通过添加边带频率的冷却激光。对冷却束和边带束的参数进行了扫描，以获得最大的原子束流，并与蒙特卡罗模拟进行了比较。对于给定的200 mW的总功率，我们获得了比传统的单频2D-MOT大2.3倍，亮4倍的原子通量。我们表明，边带增强的2D-MOT可以达到空间要求的塞曼慢系统的加载速率性能，同时它可以克服由于热光束碰撞和热黑体辐射移位的系统效应，使其适用于可移动和精确的光晶格时钟。最后，我们数值研究了边带增强的2D-MOT到其他碱土物种的可能扩展。
2019-09-12 physics.atom-ph
A high stability semiconductor laser system for a $^{88}$Sr-based optical lattice clock
我们描述了一种用于1 S_0 - 3 P_0锶钟跃迁高分辨率光谱测量的698 nm稳频二极管激光器。对于激光稳定，我们使用最先进的对称悬挂光学腔，在室温下优化了非常低的热噪声。高精细光学腔的两级频率稳定导致在2 Hz和11 Hz之间测量的激光频率噪声大约是腔热噪声的三倍。有了这个系统，我们展示了高分辨率的远程光谱上的88锶时钟过渡的相位噪声补偿的200米长的光纤链路之间的两个独立的实验室传输的激光输出。我们的专用光纤链路确保在100 s积分时间后以7 \cdot 10^{-18}的频率稳定性传输光载波，这可以使原子Q为10^{14}的锶时钟跃迁的观察成为可能。此外，着眼于可移动光学时钟的发展，我们研究了完整的激光系统（激光器+光学器件+腔）如何受到环境干扰的影响，包括短期和长期的频率稳定性。
2010-06-04 physics.atom-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
Optical atomic clocks with suppressed black body radiation shift
我们研究了适用于自然抑制黑体辐射漂移的超精密原子光学钟的中性原子和离子。计算表明，对于所考虑的系统，时钟态的标量极化率至少在一个数量级上相互抵消。给出了频率、态的四极矩、时钟跃迁幅度和上时钟态的自然宽度的计算结果。
2014-09-02 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
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
Decreasing the uncertainty of atomic clocks via real-time noise distinguish
环境对原子的扰动是制约原子频标性能的关键因素，特别是在长时间尺度下。在这封信中，我们演示了原子钟的实时噪声识别操作。该操作提高了统计不确定性的数量级约为我们的喷泉时钟，这是以前由额外的噪音恶化。同时对额外噪声带来的频偏进行了校正。实验证明，实时噪声鉴别操作可以降低环境噪声的贡献，提高原子钟的不确定度极限。
2016-04-18 physics.atom-ph
AC Stark shift of the Cs microwave atomic clock transitions
从理论和实验上分析了铯原子微波原子钟跃迁的交流斯塔克频移。理论和实验数据符合得很好。结果表明，没有一个魔术波长，在那里将不会有差分移位的时钟状态具有零投影的总角动量。
2008-10-23 physics.atom-ph
Light-shift mitigation in a microcell-based atomic clock with Symmetric Auto-Balanced Ramsey spectroscopy
小型化原子钟的中期分数频率稳定度会受到光移效应的限制。在这封信中，我们展示了一个对称的自动平衡拉姆齐（SABR）的询问序列的实施在基于微细胞的原子钟的基础上相干布居捕获（CPT）。与连续波（CW）或Ramsey询问方案相比，使用这种先进的协议，时钟频率对激光功率、微波功率和激光频率变化的灵敏度降低至少一个数量级。对于10 $^2$ s和10 $^5$ s之间的积分时间，利用SABR序列获得的光移缓解极大地有益于时钟阿伦偏差。这些结果表明，这种询问技术是感兴趣的，以提高芯片级原子钟的计时性能。
2021-12-14 physics.atom-ph
Doppler Shift Mitigation in 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）；HRL Laboratories（HRL实验室）
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
Atomic optical clocks and search for variation of the fine structure constant
统一引力和其他相互作用的理论表明，物理"常数“可能在空间和时间上发生变化。原子光学频率标准（光学时钟）达到的精度接近精细结构常数$α$可能的时间演化可以通过比较基于不同原子中不同原子跃迁的时钟之间的速率来研究的水平。对$α$变化的敏感性是由于不同原子（$\sim Z^2α^2$）中不同的相对论修正。我们计算了In Ⅱ、Tl Ⅱ、Ba Ⅱ和Ra Ⅱ的相对论能移值，它们都可用作原子光钟。结果用于将时钟速率的任何变化转换为$α$的变化。
1999-08-24 physics.atom-ph
Strategies for reducing the light shift in atomic clocks
光晶格钟的最新进展要求在$10^{-18}$水平上控制系统的不确定性达到前所未有的精度。调谐的非线性光位移显示，以减少晶格诱导的时钟漂移的大范围的晶格强度。基于理论多极，非线性，非谐波和高阶光位移，我们数值模拟了可能的策略，锶，镱，汞时钟，以实现低于$1\times 10^{-18}$晶格诱导的系统不确定性。
2015-05-13 physics.atom-ph
Atomic Clocks and Constraints on Variations of Fundamental Constants
我们考虑应用精密频率测量来寻找基本物理常数的可能的时间变化。目前的实验室限制的变化的精细结构常数α和其他基本常数。
2004-10-12 physics.atom-ph
On the prospects of building optical atomic clocks using Er I or Er III
本文研究了用中性双电离铒作高精度原子钟的可能性。在这两种情况下，窄的电四极时钟之间的地面和第一激发态的相同配置的过渡位于光学区。衰变宽度与跃迁能量的估计比值小于10 - 20。我们证明，这种转变是不敏感的黑体辐射，如果其他扰动也被认为是时钟的相对精度可能达到10（功率减18）或更好的水平。
2013-07-02 physics.atom-ph
Hyperfine-induced quadrupole moments of alkali-metal atom ground states and their implications for atomic clocks
碱金属原子的球对称基态不具有电四极矩。然而，核磁矩与原子电子之间的超精细相互作用扭曲了电子云的球对称性，导致原子四极矩不为零。我们评估这些超精细诱导的四极矩使用相对论多体理论的技术和编译结果为锂，钠，钾，铷，铯原子。对于重原子，我们发现超精细诱导的四极矩强烈（两个数量级）增强的相关效应。我们进一步将计算结果应用到微波原子钟中，原子四极矩与电场梯度的耦合导致钟频不确定性。我们表明，对于$^{133}$ Cs原子钟，电场的空间梯度必须小于$30 \, \mathrm{V}/\mathrm{cm}^2$，以保证低于$10^{-16}$的分数误差。
2015-12-19 physics.atom-ph
Designing Zeeman slower for strontium atoms - towards optical atomic clock
本文报道了用于光学原子钟实验的锶原子塞曼慢化器的设计和制作。本文简要介绍了所需的设备规格，可能的解决方案，并集中在所选择的设计。测量了所建塞曼减速器产生的磁场，并与模拟结果进行了比较。该系统包括一个烘箱和塞曼减速器的设计，以产生10-12 s-1通量和最终速度约30 m/s的原子束。
2010-06-08 physics.atom-ph
Detection of ultra-high resonance contrast in vapor cell atomic clocks
我们提出并证明了一种新的时钟信号检测方案，并获得了90%以上的超高共振对比度。该方法显著提高了信号检测的精度和原子钟信号的信噪比。在等效条件下，新的检测器的频率稳定性在Allan偏差方面得到了一个阶次的改善。我们还研究了密度效应对透射峰分裂的影响，从而使Ramsey条纹的线宽变窄。
2012-07-04 physics.atom-ph
Controlling light shifts in chip-scale atomic beam clocks
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）；Infleqtion（英飞格蒂昂）；HRL Laboratories（HRL实验室）；DARPA（美国国防部高级研究计划局）
本文研制了基于微加工Cs原子束器件的厘米级Ramsey CPT钟，利用原子束光谱特征控制光移，实现了高稳定度与低漂移，拓展了低功耗计时应用的钟稳定度范围。
2026-09-01 physics.atom-ph
Theoretical Investigation of the Black-body Zeeman Shift for Microwave Atomic Clocks
随着微波原子钟的发展，黑体辐射谱线的塞曼位移需要进一步研究。本文报道了黑体辐射磁场引起的原子基态超精细分裂的频移。计算了可作为微波原子钟候选者的碱金属原子和类碱金属离子的相对频移。对于所考虑的不同原子，结果从$-0.977\times10^{-17}[T(K)/300]^{2}$到$-1.947\times10^{-17}[T(K)/300]^{2}$不等。这些结果与以前的工作是一致的，但更高的精度，详细的推导，和一个清晰的物理图像。
2019-08-06 physics.atom-ph
Mapping out atom-wall interaction with atomic clocks
我们探索了一种基于囚禁在工程光晶格中的原子的原子钟测量原子与壁相互作用的可行性。光晶格垂直于壁。通过监测在晶格的各个阱处的壁诱导的时钟偏移，可以测量原子-壁相互作用对原子-壁分离的依赖性。我们严格评估相关的时钟移位，并表明，该方案可以唯一探测长程原子壁相互作用在所有三个定性不同的制度的相互作用：范德华（图像电荷相互作用），Casimir-Polder（QED真空波动）和Lifshitz（热浴波动）。对Mg、Ca、Sr、Cd、Zn和Hg原子进行了分析，特别强调Sr钟。
2009-05-29 physics.atom-ph
Measurement of the magnetic field profile in the atomic fountain clock FoCS-2 using Zeeman spectroscopy
本文报道了连续原子喷泉钟FoCS-2中二阶塞曼位移的测量结果。由于连续操作及其几何约束，脉冲喷泉中使用的方法不适用。我们在这里使用时间分辨塞曼光谱探测时钟中的磁场分布。交流磁激励脉冲使我们能够空间解析塞曼频率并以小于10 E-16的相对不确定度评估塞曼频移。
2016-12-13 physics.atom-ph
Study of lin||lin CPT for application in vapour cell atomic clocks
本文研究了平行偏振激光场激发的相干布居俘获（CPT）在汽室原子钟中的应用。我们研究了共振形状，斜率和信噪比作为相关参数，如激光频率失谐和所施加的磁场的函数。我们表明，$6 \cdot 10^{-12}$ $τ^{-1/2}$的稳定性可以达到在一个紧凑的系统中使用调制VCSEL。
2007-10-03 physics.atom-ph
Multipolar theory of black-body radiation shift of atomic energy levels and its implications for optical lattice clocks
计算了Mg、Ca、Sr和Yb原子（nsnp ^3P_0）-（ns^2 ^1S_0）时钟跃迁的黑体辐射（BBR）位移。多极BBR移位理论的发展和它的影响进行了讨论。在室温下，BBR移位中的所得不确定性相对较大且实质上影响基于光学晶格的时钟的预计10^{-18}分数精度。
2006-02-13 physics.atom-ph
Atomic Clock States of Thulium have Near-Zero Electric Quadrupole Moment
提出了一种基于Dirac旋量的相对论广义激发秩组态相互作用波函数计算原子电四极矩的方法。应用于对原子波函数采用高达全四重激发的钍原子的时钟过渡态产生最终值$Q_{zz}({^2F}_{7/2}) = 0.07 \pm 0.07$ a.u.，建立了钍电子基态具有特别小的EQM。这一结果的详细分析，提出了其他原子的EQMs与未成对的$f$电子的影响。
2023-02-03 physics.atom-ph
Dynamic decoupling of laser phase noise in compound atomic clocks
光学原子钟所达到的频率稳定度最终取决于其本振的相干性。目前，即使是最好的超稳定激光器也只允许几秒钟的询问时间。在这里，我们提出了一个通用的测量协议，克服了这一限制。激光相位噪声的工程动态解耦允许任何具有高信噪比的光学原子钟在单次询问中重建远远超过其相干极限的激光相位。然后，复合时钟与任何类型的另一个光学时钟组合形成，允许后者实现比其自身显著更高的频率稳定性。我们展示了一个现实的原理验证实验中的相位重建保真度为99%的协议的实施。该协议能够对最佳超稳定激光系统进行长达几分钟的询问。同样，它可以提高时钟性能，在不太稳定的本地振荡器使用，如在transortable系统。
2019-11-29 physics.atom-ph
Magnetic field-induced spectroscopy of forbidden optical transitions with application to lattice-based optical atomic clocks
我们开发了一种光谱学方法，使用弱静态磁场，使禁止的电偶极跃迁，否则令人望而却步的弱直接光激发。该方案的权力证明了使用的重要应用的光学原子钟的基础上限制在一个光晶格的中性原子。这种方法的简单实验实现--与DC磁场结合的单个时钟激光器--放松了当前基于晶格的时钟中的严格要求（例如，磁场屏蔽和光偏振），因此可以加速实现这些时钟所预测的非凡性能水平。我们估计，对于计量学上优选的偶同位素，使用Yb等碱土类原子的时钟可以实现远低于10^-17的分数频率不确定度。
2005-10-06 physics.atom-ph
Modulation induced frequency shifts in a CPT-based atomic clock
我们研究了用于相干布居俘获（CPT）共振相敏检测的常用调制技术的系统误差。特别是，我们表明，修改的CPT共振线的形状，由于存在的非共振场导致频率的变化，这可能会限制基于CPT的原子钟的稳定性。我们还证明了一种替代解调技术大大降低了这些影响。
2004-04-15 physics.atom-ph
Searching for topological defect dark matter with optical atomic clocks
宇宙的总质量密度似乎是由暗物质控制的。然而，除了在银河系尺度上的引力相互作用之外，人们对它的性质知之甚少。量子电动力学拉氏量与暗物质耦合项的扩展可能会导致标准模型参数的变化。最近，有人提出，一个原子钟网络可以用来搜索稳定拓扑缺陷形式的假设暗物质的瞬态信号。当一个暗物质物体扫过网络时，时钟就变得不同步了。这种开创性的方法仅适用于远距离时钟，受到光纤链路质量的限制。在这里，我们提出了一种替代的实验方法，适用于近距离和远距离的光学原子钟，并受益于他们各自的暗物质，因此不需要光纤链路。我们探索一个新的维度天体物理观测约束的强度原子耦合到假设的暗物质宇宙对象。我们的实验约束超过了以前的限制，事实上，它不仅达到了最终的水平，预计将实现与星座的GPS原子钟，但也有很大的改进潜力。
2016-09-02 physics.atom-ph
Atomic Coherence of 2 minutes and Instability of 1.5E-18 at 1 s in a Wannier-Stark Lattice Clock
本文在 87Sr 光晶格钟中系统研究了原子相干性限制因素，通过降低密度实现 118 秒相干时间，并据此展示了 1 秒处 1.5E-18 的钟不稳定度，为基础物理应用推进了光晶格钟性能。
2025-05-09 physics.atom-ph
Systematic evaluation of an atomic clock at 2e-18 total uncertainty
对更好的原子钟的追求推进了许多研究领域，提供了更好的量子态控制，量子科学的新见解，对基本常数变化的更严格限制，以及改进的相对论测试。目前最稳定和准确的记录由光晶格时钟保持。这项工作朝着实现具有最先进的稳定激光器的多粒子时钟的全部潜力迈出了重要的一步。我们的87 Sr光晶格时钟现在在1 s时达到2.2e-16的分数稳定度。有了这种改进的稳定性，我们对我们的时钟进行了新的精度评估，减少了许多限制我们以前测量的系统不确定性，例如晶格ac斯塔克位移，原子的热环境以及原子对室温BBR的响应。我们的综合测量已经减少了总的不确定性的JILA Sr时钟的分数频率单位为2.1e-18。
2015-05-07 physics.atom-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
Subpicosecond $X$ rotations of atomic clock states
我们利用单脉冲激光在铷原子的一对超精细基态之间实现了亚皮秒时间尺度的布居转移。我们的方案利用Rabi振荡过程中通过精细结构激发态诱导的几何和动力学相位，为超精细态量子比特系统构造了一个$X$旋转门.利用飞秒激光和冷铷原子在磁光阱中进行的实验表明，时钟态之间的最大布居转移率超过98%.
2018-05-08 physics.atom-ph
FPGA-based residual amplitude modulation suppression and control for compact atomic clocks
本文提出在低成本商用FPGA上集成复合调制主动RAM抑制方案与全部伺服系统，实现60 dB长期抑制和-100 dBc残余电平，使双光子铷原子钟稳定性提升三个数量级。
2023-11-01 physics.atom-ph
Magnetic blackbody shift of hyperfine transitions for atomic clocks
我们推导出一个表达式的磁黑体位移的超精细过渡，如铯的主要参考过渡，它定义了第二个。我们发现，这种位移是温度的复杂函数，并且只在高温极限下与T^2有关。我们还计算了被提出作为新的原子钟跃迁的基态p_1/2超精细跃迁的位移。在这种情况下，与p_3/2精细结构多重态的相互作用可能是主要的影响。
2009-10-12 physics.atom-ph
