Single-ion, transportable optical atomic clocks
在过去的15年里，在激光稳定、光学频率梳和原子冷却与囚禁等领域取得了巨大的进展，使得光学原子钟具有无与伦比的性能。这些仪器可以进行频率比较，分数不确定度远低于$10^{-17}$，发现在基础物理测试，相对论大地测量，时间和频率计量的应用。尽管目前大多数光学钟都是实验室设置，但已经发表了几种将这些钟用于现场测量或在光学钟网络中使用的建议，并且大多数时间和频率计量机构已经开始开发可移动的光学钟。为了这个特殊的问题，我们选择集中在捕获离子光学时钟。尽管它们的短期分数频率稳定性因较低的信噪比而受损，但它们提供了很高的紧凑性潜力：捕获的离子需要低的光功率和简单的加载方案，并且可以被捕获在小的真空室中。我们回顾了时钟关键部件的最新进展，包括离子阱和超稳定光学腔，以及现有的项目和实验，描绘了未来可移动的单离子光学时钟可能类似的画面。
2018-04-06 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
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
Micromagic clock: microwave clock based on atoms in an engineered optical lattice
我们提出了一类新的原子微波钟的基础上的超精细跃迁的铝或镓原子的基态被困在光晶格。对于这些元素存在魔术波长，在该波长处，超精细二重态的两个能级被晶格激光场以相同的速率移动，从而抵消了其对时钟跃迁的影响。我们的各种系统效应的分析表明，虽然提供了一个改进的控制系统误差，建议的微波时钟的准确性是有竞争力的国家的最先进的主频率标准。
2008-08-20 physics.atom-ph
Blackbody radiation shift for the $^1$S$_0$--$^3$P$_0$ optical clock transition in zinc and cadmium atoms
利用精确的相对论原子结构多体技术计算了二价原子Cd和Zn的$^3\!P_0-^1\!S_0$钟跃迁的黑体辐射位移。静态极化率的时钟水平和相关的电偶极子矩阵元素的计算。我们还提出了一个比较概述的光学时钟的基础上的中性二价原子被困在光晶格的BBR位移。
2019-06-19 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
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
Optical-lattice based Cs active clock with continual superradiant lasing signal
我们展示了最先进的主动时钟技术，以提供一个连续的超辐射激光信号，使用的光晶格中的囚禁Cs原子系综。拟议的神奇波长|7S1/2; F = 4，MF = 0> -|6P ~（3/2）; F = 3，MF = 0> Cs原子在1181 nm处发生时钟跃迁，构成光晶格。还发现了从原子的基态抽运和再抽运原子的相关光路。通过对几种原子性质的严格计算，预测了原子钟的分数不确定度约为10-15级。有源时钟的坏腔工作模式有望通过抑制固有热涨落来显著提高其短期稳定性。因此，通过将上述主动式时钟与另一高精度被动式光学时钟相结合，可以构建具有更好的短期和长期稳定性的复合时钟系统。
2020-08-26 physics.atom-ph
A high-precision rf trap with minimized micromotion for an In+ multiple-ion clock
我们提出了一个实验来表征我们的新的线性离子阱设计的多离子光学时钟的操作使用115-In^+作为时钟离子。为了表征陷阱以及时钟离子的共振冷却，我们使用172-Yb^+。陷阱设计已来自有限元法（FEM）计算和第一个原型的基础上玻璃增强热固性层压板建成。本文详细介绍了陷阱的制作工艺和微动测量。多余的微动测量使用光子相关光谱的分辨率为1.1nm的运动幅度，并在这个陷阱中的剩余轴向射频场进行了比较，有限元计算。用这种方法，我们证明了系统的时钟偏移由于过度微动的敏感性，|（Δ v/v）|= 8.5x10^-20。基于对阱轴向射频场的测量，我们估计每个阱段可以存储12个离子，并将其用作光学频率标准，由于微动，其分数不准确度为\leq 1 × 10 ^-18。
2012-06-22 physics.atom-ph
A transportable strontium optical lattice clock
我们报道了一种可移动的光钟，它是基于激光冷却的囚禁在光晶格中的锶原子。实验装置由一个紧凑的超冷锶原子源组成，包括一个紧凑的冷却激光器装置和一个可移动的超稳定激光器，用于询问光学时钟跃迁。整个设置（不包括电子设备）适合在小于2 m $^3$的体积内。这两个系统的高度操作可靠性允许以10 Hz分辨率执行时钟转换的频谱。我们估计了$7\times10^{-15}$的时钟的不确定性。
2014-09-17 physics.atom-ph
Evaluation of lattice light shift at low 10$^{-19}$ uncertainty for a shallow lattice Sr optical clock
Wannier-Stark光晶格钟的研制，为光学原子钟提供了前所未有的测量精度。我们提出了一个系统的晶格光移，建立这个系统作为一个准确的原子钟的一个必要的下一步评估。精确控制原子的运动状态在晶格中，我们报告准确测量的多极和超极的贡献和操作晶格光移的分数频率的不确定性为3.5 $\times$ 10 ${}^{-19}$。
2023-02-24 physics.atom-ph
Dual-Mode Operation of an Optical Lattice Clock Using Strontium and Ytterbium Atoms
我们已经开发了一种光晶格时钟，它可以工作在两种模式：锶（Sr）时钟模式和镱（Yb）时钟模式。Sr-Yb光晶格时钟的双模操作是通过在时钟的真空室内交替冷却和捕获$^{87}$ Sr和$^{171}$ Yb原子来实现的。Sr和Yb原子的光晶格分别以水平和垂直配置排列，导致被捕获的Sr和Yb原子之间的小距离为100 $μ$ m。依次询问俘获原子中的$^{1}$ S $_{0}$ - $^{3}$ P $_{0}$时钟跃迁，并将时钟激光器稳定到跃迁。我们利用Sr-Yb光晶格时钟的双模工作原理，实现了Sr和Yb时钟跃迁频率比的测量。由于Sr和Yb原子共享相同的黑体辐射，双模操作可以降低频率比测量中黑体辐射漂移的不确定性。
2018-06-06 physics.atom-ph
Frequency ratios of Sr, Yb and Hg based optical lattice clocks and their applications
本文介绍了中性锶（$^{87}$ Sr）、镱（$^{171}$ Yb）和汞（$^{199}$ Hg）原子光晶格钟的最新进展。特别是，我们目前的时钟之间的频率比较本地通过一个光学频率梳和两个Sr时钟之间在远程站点使用相位稳定的光纤链路。我们首先回顾低温锶光晶格时钟，减少了两个数量级的室温黑体辐射移位，并作为参考，在下面的时钟比较。Sr和Yb原子相似的物理性质，如跃迁波长和蒸汽压，使我们能够开发出两种物质的兼容时钟。通过参考Sr时钟来评估低温Yb时钟。我们还报道了一个汞钟，这表明一个数量级的黑体辐射的灵敏度低，而其大的核电荷使时钟的精细结构常数的变化敏感。通过光学频率梳连接所有三种类型的时钟，确定时钟频率的比率，其不确定性小于通过绝对频率测量可能的不确定性。最后，我们描述了两个锶为基础的远程时钟超过15公里的距离RIKEN和东京大学之间的同步频率比较，相对论大地测量的一步。
2015-05-13 physics.atom-ph
Optical clock sensitive to variation of the fine structure constant based on the Ho$^{14+}$ ion
我们研究了Ho $^{14+}$离子作为一个候选人，非常准确和稳定的光学原子钟，这是敏感的精细结构常数的时间变化。我们证明了该系统具有所有期望的功能，包括相对较强的光电偶极和磁偶极跃迁，可用于冷却和检测。时钟跃迁中相关状态的零四极矩允许询问多个离子以提高时钟稳定性。
2014-11-04 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
Magic polarization for light shift cancellation in two-photon optical clocks
本文对双光子光学原子钟中探测激光的位移问题找到了一个简单的解决方法。我们证明了存在一个魔偏振，在这个魔偏振下，参与钟跃迁的两个原子态的光移是相同的。我们计算的微分极化率作为激光偏振的函数的双光子光学时钟的基础上中性钙和锶，估计这些时钟的魔偏振角，并确定在何种程度上可以抑制探测激光的光移位。我们发现，光位移和双光子激发率可以独立控制使用探测激光偏振。
2019-05-29 physics.atom-ph
The collisional frequency shift of a trapped-ion optical clock
在光学原子钟中，与背景气体的碰撞会干扰被俘获离子的跃迁频率。我们开发了一个非微扰框架的散射过程的量子信道描述的基础上，并使用它来推导出一个主方程，导致一个简单的解析表达式的碰撞频移。作为我们方法的一个演示，我们计算了Sr $^+$光学原子钟跃迁由于与氦原子的弹性碰撞而引起的频移。
2017-08-31 physics.atom-ph
Ultrastable Optical Clock with Neutral Atoms in an Engineered Light Shift Trap
提出了一种基于囚禁在光晶格中的中性原子的超稳光钟。通过采用${}^{87}{\rm Sr}$原子的$5s^2 {}^1S_0 \to 5s5p {}^3P_0$跃迁作为“时钟跃迁”来实现对光位移的完全控制。对时钟跃迁的交流多极极化率和偶极超极化率的计算表明，高阶光频移的贡献可以减少到小于1 mHz，从而使预测精度优于$ 10^{-17}$。
2003-09-09 physics.atom-ph
An accurate optical lattice clock with 87Sr atoms
本文报道了光晶格钟中~（87）Sr原子1 S_0 - 3 P_0跃迁的频率测量。频率被确定为429 228 004 229 879（5）Hz，其分数不确定度与具有处于自由降落的中性原子的最先进的光学时钟相当。发现该转变的两个先前测量不一致约2x 10 ^{-13}，即几乎是组合误差条的四倍，从而对光晶格时钟在高精度水平下执行的潜力产生怀疑。与这两个值中的一个完全一致，我们的测量基本上消除了这种怀疑。
2006-05-23 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
Direct laser cooling Al+ ions optical clocks
Al $^+$离子光钟由于其极小的黑体辐射漂移而成为一种很有前途的光频标候选者。它已经成功地证明了间接冷却，量子逻辑为基础的光谱技术。它的精度受到二阶多普勒频移的限制，其稳定性受到量子逻辑处理中可以探测的离子数量的限制。本文提出了一种Al $^+$离子光钟的直接激光冷却方案，大大提高了光钟的稳定性和准确度。在所提出的方案中，利用两个Al $^+$离子阱。第一个陷阱用于捕获大量Al $^+$离子以提高时钟激光器的稳定性，而第二个陷阱用于捕获单个Al $^+$离子以提供最终的精度。两个陷阱都用连续波167 nm激光冷却。预期的时钟激光器稳定度可以达到$9.0\times10^{-17}/\sqrtτ$。对于第二个陷阱，除了167 nm激光多普勒冷却，第二级脉冲234 nm双光子冷却激光器被用来进一步提高时钟激光的精度。总的系统不确定度可以减少到大约$1\times10^{-18}$。所提出的Al $^+$离子光钟有可能成为最精确和最稳定的光钟。
2016-09-13 physics.atom-ph
Coherence of Spin-Polarized Fermions Interacting with a Clock Laser in a Stark-Shift-Free Optical Lattice
研究了自旋极化的^{87}Sr原子在无光移的一维光晶格中与时钟激光相互作用时^1S_0-^3P_0跃迁的相干性。崩溃和复苏出现了超过50个拉比周期，归因于离散振动态的晶格势的热分布。时钟态的布居振荡持续时间超过1 s，表现出对退相干的高度免疫性。这种长时间的原子相干性表明了在光钟激发中泡利阻塞碰撞的可行性。
2009-01-12 physics.atom-ph
Lattice-induced non-adiabatic frequency shifts in optical lattice clocks
我们考虑了光晶格钟中的频移，它是由晶格中电子运动与原子运动的耦合引起的。对于最简单的3-D晶格的几何形状，这种耦合只影响时钟的基础上蓝失谐晶格。我们已经估计了在390 nm蓝失谐魔波长下工作的锶晶格时钟的这种位移的大小。由此产生的分数频移被认为是在$10^{-18}$的顺序，并在很大程度上被掩盖的电四极移。对于基于更复杂几何结构或其他原子系统的晶格时钟，这种偏移可能是时钟精度的限制因素。
2010-08-30 physics.atom-ph
An Optical Clock with Ultracold Neutral Atoms
我们演示了如何实现一个光学时钟与中性原子，是目前最好的单离子光学时钟的准确性和优越的稳定性竞争。利用超冷原子的钙光频标，我们展示了如何减少相对不确定度低于1 E-15。我们观察到原子干涉，使激光稳定到时钟跃迁，可见度为0.36，这是原子静止时可达到的极限的70%。一种新的方案被应用到检测这些原子的干扰，以达到在1秒内4 E-17的异常低的不稳定性的量子投影噪声极限的前景。
2002-11-20 physics.atom-ph
Improved frequency measurement of a one-dimensional optical lattice clock with a spin-polarized fermionic $^{87}$Sr isotope
我们设计了一个自旋极化费米子同位素的一维光晶格钟，用来实现中性原子系综的无碰撞位移原子钟。为了减少系统的不确定性，我们开发了塞曼位移和矢量光移抵消技术。通过引入H脉泽和全球定位系统（GPS）载波相位链路，确定$^{87}$ Sr光晶格时钟的$^1S_0(F=9/2) - {}^3P_0(F=9/2)$时钟跳变的绝对频率为429，228，004，229，875（4）Hz，其中不确定性主要由频率链路的不确定性限制。结果表明，锶晶格钟将在光频标重新定义“秒”的范围内发挥重要作用。
2006-08-22 physics.atom-ph
Optical atomic clocks
在过去的十年中，时间和频率计量学的非凡成果已经得到证明。连续波激光稳频技术和飞秒光学频率梳使得基于超冷中性原子和囚禁离子光学跃迁的频率标准得以迅速发展。因此，当今性能最好的原子钟以光学速率滴答，使科学家能够执行高分辨率测量，精度接近$10^{18}$的几个部分。本文回顾了光钟研究的历史和现状，并讨论了光钟在SI秒的可能未来重新定义以及在基础物理测试中的实现。
2014-01-13 physics.atom-ph
Optical clocks based on the Cf$^{15+}$ and Cf$^{17+}$ ions
近年来，高电荷态离子（HCI）的冷却、俘获和量子逻辑光谱学的实验进展使得HCI可用于高分辨率光谱学和精密基础研究。基于这些成果，我们探索了利用Cf $^{15+}$和Cf $^{17+}$离子的基态和低激发态之间的跃迁来开发光钟的可能性。使用高精度的相对论计算方法，我们预测了时钟跃迁的波长，计算了相关的原子性质，并分析了一些影响光学时钟精度和稳定性的系统效应（如电四极、微动和二次塞曼位移）。我们还计算了磁偶极超精细结构常数的时钟态和黑体辐射位移的时钟跃迁。
2020-04-13 physics.atom-ph
Trapping of Neutral Mercury Atoms and Prospects for Optical Lattice Clocks
本文报道了汞同位素在${}^1S_0-{}^3P_1$复合跃迁上的汽室磁光俘获。六个丰富的同位素，包括四个玻色子和两个费米子，被捕获。汞是迄今为止捕获的最重的非放射性原子，这使得在标准模型之外进行"新物理“的灵敏原子搜索成为可能。我们提出了一个精确的光晶格时钟的基础上汞和评估其系统的精度优于$10^{-18}$。高精度、高稳定度的汞原子钟将为光晶格钟和精细结构常数随时间变化的研究提供新的途径。
2007-11-29 physics.atom-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
Minimizing the Dick Effect in an Optical Lattice Clock
讨论了光晶格钟中Dick效应的最小化问题。我们表明，优化的时钟操作的时间序列可以导致显着减少的时钟稳定性退化的频率噪声的询问激光。通过使用原子的非破坏性检测，我们能够在循环之间回收大部分原子，从而大大减少每个循环中捕获原子所花费的时间。在优化参数的情况下，我们期望晶格时钟的分数Allan偏差优于2 E-16 $τ^{-1/2}$。
2009-09-05 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
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
Progress on Optical Clock Technology for Operational Timescales
本文针对光学钟技术难以整合到运行时间尺度的问题，提出了由原子喷泉引导的混合时钟、原子束光学钟和光学晶格参考等方案，实现了连续运行和高精度授时。
2024-12-19 physics.atom-ph
Cancellation of Collisional Frequency Shifts in Optical Lattice Clocks with Rabi Spectroscopy
我们分析了s波和p波碰撞引起的频移，并提出了一种过$π$脉冲方案来消除拉比脉冲询问的光晶格时钟的频移。的碰撞频率偏移解析解的脉冲面积和拉比频率的不均匀性的函数。实验测量的Yb光晶格钟中的碰撞频移与解析计算符合得很好。基于我们的分析，与低于0.1的小的不均匀性组合的过$π$脉冲通过消除碰撞频移而允许Sr和Yb光晶格时钟中的$10^{-18}$的水平上的分数不确定性。
2015-02-12 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
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
Hyperpolarizability effects in a Sr optical lattice clock
我们报道了在$^{87}$ Sr光晶格时钟中由于俘获场引起的高阶频移的观测结果。我们表明，在神奇的波长的晶格，其中一阶项取消，高阶移位将不会构成限制的分数精度的时钟在$10^{-18}$的水平。这一结果是通过在高达$400 $ kW/cm $^2$的非常高的捕获强度下操作时钟以及通过对魔波长附近的两个双光子跃迁的影响的具体研究来实现的。
2005-12-21 physics.atom-ph
Geodesy and metrology with a transportable optical clock
新型测量仪器的出现可能导致科学研究的范式转变。光学原子钟，由于其前所未有的稳定性和不确定性，已经被用来测试物理理论，并预示着国际单位制（SI）的修订。然而，要释放其跨学科应用的潜力，如相对论大地测量学，一个重大的挑战仍然存在。这是它们从仅限于国家计量实验室的高度专业化仪器转变为可在不同地点部署的灵活设备。在这里，我们报告的第一场测量活动进行了普遍适用的$^{87}$锶光晶格时钟。我们用它来确定一座山的中部和一个相距90公里的位置之间的重力电势差，利用本地和远程时钟比较，以消除潜在的时钟误差。与$^{171}$ Yb晶格钟的本地比较也是对独立开发的光学钟的国际一致性的重要检查。这一活动展示了便携式光学钟令人兴奋的前景。
2017-05-11 physics.atom-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
Collisional losses, decoherence, and frequency shifts in optical lattice clocks with bosons
我们对玻色~（88）Sr一维光晶格钟中的碰撞损耗、退相干和碰撞位移进行了定量研究。晶格时钟参考在698 nm处的高度禁戒跃迁1 S 0 - 3 P0，其由于在均匀磁场中的状态混合而变得弱允许。我们能够量化三个退相干系数，这是由于退相碰撞，非弹性碰撞原子之间的上，下时钟状态，和原子在上时钟状态。基于测得的系数，我们确定的操作参数，在该操作参数下，1D晶格时钟与88 Sr显示没有退化，由于碰撞的相对精度水平为10-16。
2009-05-07 physics.atom-ph
Demonstration of a Mobile Optical Clock Ensemble at Sea
本文展示了三台基于不同原理的光钟在海上无人值守运行数周的试验，其频率稳定度在短中期尺度上远超现有商用方案，验证了光钟在真实环境中部署的可行性。
2025-01-15 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
Nuclear Spin Effects in Optical Lattice Clocks
本文从实验和理论上详细研究了原子核自旋对光晶格钟性能的影响。利用包含自旋轨道和超精细相互作用的态混合理论，以$^{87}$ Sr为例，描述了类碱土原子$^1S_0$ - $^3P_0$钟跃迁的起源和两个钟态之间的微分g因子.由于磁场和光场的时钟频移进行了讨论，重点是那些与原子核结构。的微分g-因子的实验测定$^{87}$锶进行，并与理论符合良好。实验上还探讨了张量光移对钟态的影响。本文讨论了在晶格钟中，控制核自旋极化的状态特异性测量，作为将核自旋相关系统效应降低到10 $^{-17}$以下的一种方法。
2007-07-10 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
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
Toward a quantum-enhanced strontium optical lattice clock at INRIM
INRIM的新锶原子钟旨在通过加入最先进的光晶格时钟和腔QED装置提供的量子化电磁场来建立量子测量的新前沿。我们实验的目标是将先进的量子技术应用于最先进的光晶格时钟，在保持长相干时间和最高精度的同时展示增强的灵敏度。本文介绍了目前的实验现状和所设计的腔QED装置的灵敏度增益。
2020-06-18 physics.atom-ph
Sub-recoil clock-transition laser cooling enabling shallow optical lattice clocks
激光冷却是在各种环境中对原子系统进行量子控制的关键成分。在二价原子中，两阶段多普勒冷却通常用于将原子带到uK区域。在这里，我们实现了一个脉冲径向冷却方案，使用超箭头1 S 0 - 3 P0的时钟过渡镱实现子反冲温度，下降到几十nK。结合沿一维晶格轴的边带冷却，我们有效地制备了能量为6个晶格反冲的浅晶格原子。在这些条件下，晶格时钟精度和不稳定性的关键限制减少，打开了大门，戏剧性的改善。此外，浅晶格中的隧穿移位不会损害10-19级的时钟精度。
2022-06-18 physics.atom-ph
International comparison of optical frequencies with transportable optical lattice clocks
本研究通过汇集日本与欧洲的最先进可搬运光钟，首次在无需高性能频率链路和远端重力势差信息的条件下完成光频率国际比对，钟的复现性可达4厘米重力势高度测量精度，为SI秒重新定义及多领域应用奠定基础。
2024-10-30 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
Optical atomic clocks on all-optical atom chips
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）
本文研究基于全光原子芯片的锶原子光钟，利用魔术波长减小频移，可通过交流斯塔克位移补偿频移，仅用蓝失量倏逝光场即可运行，短期稳定度约10⁻¹⁶/秒，准确度约5×10⁻¹⁵。
2026-10-12 physics.atom-ph
Demonstration of the nearly continuous operation of an $^{171}$Yb optical lattice clock for half a year
光晶格钟在频率稳定性和精度方面优于铯微波钟，有望成为重新定义国际单位制秒的候选钟。然而，光晶格钟的鲁棒性还没有达到与Cs喷泉钟相当的水平，Cs喷泉钟通过几乎连续的操作贡献于国际原子时（TAI）。在本文中，我们报告的长期运行的$^{171}$ Yb光晶格时钟的覆盖率为80.3%的半年，其中的正常运行时间为93.9%的前24天和92.6%的最后35天。这使得光晶格时钟与TAI在几个月内几乎无死区时间的频率比较成为可能，这提供了到SI秒的链接，具有低$10^{-16}$的不确定性。通过使用该链路，测量$^{171}$ Yb的$^{1}$ S $_{0}-^{3}$ P $_{0}$时钟跳变的绝对频率为518 295 836 590 863.54（26）Hz，分数不确定度为$5.0\times10^{-16}$。该值与$^{171}$ Yb作为秒的辅助表示的推荐频率一致。
2020-11-15 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
Accuracy Evaluation of an Optical Lattice Clock with Bosonic Atoms
首次对基于碱土玻色子（88 Sr）1 S 0 - 3 P 0跃迁的光晶格钟进行了精度评估。该转换已使用静态耦合磁场实现。时钟频率被确定为429 228 066 418 009（32）Hz。87 Sr和88 Sr之间的同位素位移为62 188 135 Hz，分数不确定度为5.10^{-7}。我们讨论了使用该方案达到10^{-17}或更小的时钟精度所需的条件。
2007-03-14 physics.atom-ph
Multipolar polarizabilities and hyperpolarizabilities in the Sr optical lattice clock
我们解决了由多极$M1$和$E2$原子-场相互作用以及由超极化率决定的晶格强度非线性项引起的Sr钟晶格斯塔克位移问题。我们已经开发了一种方法来计算超极化率的原子和离子的非齐次方程的解决方案的基础上，允许有效地和准确地进行完整的总结中间状态。我们将我们的方法应用于Sr中时钟态的超极化率的计算，并精确计算了这些态在魔频处的多极极化率。了解光晶格时钟的斯塔克位移对进一步提高时钟精度至关重要。
2017-11-10 physics.atom-ph
