Atomic Clocks and Constraints on Variations of Fundamental Constants
Savely G. Karshenboim, Victor Flambaum, Ekkehard Peik
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。
We consider an application of precision frequency measurements to searches for possible time variations of the fundamental physical constants. Current laboratory constraints on variations of the fine structure constant alpha and other fundamental constants are presented.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Controlling light shifts in chip-scale atomic beam clocks
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
A chip-scale atomic beam clock
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。
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%.
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。
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。
Phase locking a clock oscillator to a coherent atomic ensemble
当在较长的询问间隔上测量原子叠加态的相位演化时，原子干涉仪的灵敏度增加。在实践中，测量过程设定了一个极限，它返回的不是相位，而是它在两个能级上的布居差的投影。因此，关系可以被反转的相位间隔被限制为间隔$[-π/2,π/2]$ ;超过它会在读出中引入模糊性，因此灵敏度损失。在这里，我们扩展的明确的时间间隔探测原子系综的相位演化，使用相干保持测量和相位校正，并演示了时钟振荡器的原子叠加态的锁相。提出了一种基于锁相的改进原子钟在本振噪声下性能的方案，并展望了该方案在惯性传感器等其他原子干涉仪中的应用前景。
Hyperfine-induced electric dipole contributions to the electric octupole and magnetic quadrupole atomic clock transitions
超精细诱导的电偶极贡献可以显著增加原本非常弱的电八极和磁四极原子钟跃迁（例如，$s$和$f$电子轨道之间的跃迁）的概率。这些跃迁可用于异常精确的原子钟、量子信息处理和寻找暗物质。它们对标准模型之外的新物理非常敏感，例如精细结构常数的时间变化，洛伦兹不变性和爱因斯坦等效原理违反。我们制定的条件下，超精细诱导的电偶极子的贡献占主导地位。由于超精细猝灭，$^{173}$ Yb $^+$的电八极钟跃迁比目前使用的$^{171}$ Yb $^+$强两个数量级.在$^{143}$ Nd $^{13+}$、$^{149}$ Pm $^{14+}$、$^{147}$ Sm $^{14+}$和$^{147}$ Sm $^{15+}$离子中发现了一些增强。
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。
Tests of local position invariance using continuously running atomic clocks
通过比较基于不同原子的原子钟的相对红移，对多种原子对进行了局域位置不变性（LPI）检验。在大多数情况下，每年的几次绝对频率测量用于寻找年度信号，从而导致可以跨越十年的测试。通过使用连续运行的时钟的输出，我们在不到1.5年的时间内进行了具有可比或更高精度的LPI测试。其中包括对Rb 87和Cs 133以及H和Cs 133超精细跃迁的红移异常β差异的新测量，以及对Rb 87和H的比较测量，导致LPI的严格限制，β（Rb）- β（H）=（-2.7 +/- 4.9）x 10^（-7）。本文讨论了对连续时钟进行这些测量的方法。
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。
The SWaP plot: Visualising the performance of portable atomic clocks as a function of their size, weight and power
本研究开发了一个网络资源及交互式SWaP图，用于跟踪从研究转向应用的新一代光原子钟的性能，为精密计时领域提供持续更新的参考。
Magic Wavelength for Atomic Motion Insensitive Optical Lattice Clocks
在光驻波中，多极原子-场相互作用的空间分布的差异可以改变魔波长的定义，以最小化光晶格时钟的不确定性。我们表明，魔波长可以确定，以消除空间失配的电偶极子，磁偶极子，和电四极相互作用的特定组合的驻波。讨论了蓝幻波长晶格的实验前景。
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 ${}^{-19}$。
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。
Atomic clocks and dark-matter signatures
综述了利用原子钟寻找暗物质候选者的最新进展。目标受众是原子钟社区。
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。
Inner-shell clock transition in atomic thulium with small BBR shift
通过直接极化率测量，我们证明了Tm原子在$1.14\,μ$ m处的内壳层时钟跃迁对外部直流电场和黑体辐射（BBR）的灵敏度极低。测量了Tm原子在810- 860 nm和1064 nm波长下的钟能级微分极化率，并由此推断出室温下$-0.047(18)$原子单元内壳层钟跃迁的静态标量微分极化率，该原子单元对应于BBR的$2\times10^{-18}$分数频移.这与中性原子（Sr、Yb、Hg）中的时钟跃迁的BBR移位相比小几个数量级，并且与最不敏感的离子种类（例如Al $^+$或Lu $^+$）竞争。对于$1.14\,μ$ m时钟跃迁，我们实验测定了$813.320(6)$的“魔”波长，nm，记录了$10$的跃迁谱线宽度，Hz，并测量了其绝对频率$262\,954\,938\,269\,213(30)$，Hz.
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。
High-performance coherent population trapping atomic clock with direct-modulation distributed Bragg reflector laser
相干布居数俘获（CPT）原子钟由于其体积小、性能高，在下一代星载应用中具有广阔的应用前景。本文提出并实现了一种基于大调制带宽、窄线宽分布布拉格反射镜激光器直接调制的CPT原子钟，取代了高性能CPT钟中常用的外部体调制器。我们的方法保留了高性能，同时显着减少的大小。利用这种高度紧凑的双色光源和最简单的CPT结构，用圆偏振双色激光询问^{87}Rb原子系统，观察到了窄线宽、高对比度的CPT时钟跃迁信号。然后，我们将本地振荡器频率锁定到CPT误差信号，并证明短期频率稳定性为3.6 \times 10^{-13} τ^{-1/2}（4 s \le τ \le 200 s）。我们将其归因于超低的激光频率和强度噪声以及高品质因数的CPT信号。该研究为基于该方案的紧凑型高性能CPT时钟的研制奠定了基础。
Limits on gravitational Einstein Equivalence Principle violation from monitoring atomic clock frequencies during a year
太阳对地球的引力势在一年中会因地日距离的变化而变化。比较一年中不同时间的原子钟跃迁的精确测量结果，可以研究原子频率对引力势的依赖关系。我们检查了Hg $^+$和Al $^+$时钟跃迁频率比和绝对频率测量的测量数据（相对于铯频标）对于Dy、Sr、H，Rb和H中的超精细跃迁，并获得了对标准模型扩展哈密顿量$c_{00} = (3.0 \pm 5.7) \times 10^{-7}$和标准模型扩展哈密顿量中爱因斯坦等效原理违反项的引力相关参数值的显著改进的限制。精细结构常数$κ_α = (-5.3 \pm 10) \times 10^{-8}$的重力相关变化的参数。
Atomic Clocks and the Search for Variation of the Fine Structure Constant
最近在类星体（QSO）吸收光谱中发现了精细结构常数α在早期不同的证据。实验室对α变化的精确测量有助于区分α的空间变化和时间变化，并可能证实类星体的结果。我们已经计算了α的变化在很宽的原子光谱范围内会引起的相对论性能量移动。实验室测量这些跃迁频率如何随时间变化，对于确定今天的α是否变化至关重要。
Highly charged ions for atomic clocks and search for variation of the fine structure constant
我们回顾了一些具有光学跃迁的高电荷态离子，这些离子适合于建立极其精确的原子钟。这包括从Hf $^{12+}$到U $^{34+}$的离子，它们具有价电子的$4f^{12}$配置，Ir $^{17+}$离子，它在几乎填满的$4f$子壳层中有一个洞，Ho $^{14+}$、Cf $^{15+}$、Es $^{17+}$和Es $^{16+}$离子。这些离子中的大多数的时钟跃迁对精细结构常数$α$（$α= e^2/\hbar c$）的变化敏感。例如，在一个示例中，钙离子和离子对$α$ -变化具有最大的已知灵敏度，而钬离子看起来是最适合用于实验研究的离子。我们研究了离子的光谱及其作为频率标准使用的相关功能。
Laser Frequency Stabilization Using Light Shift in Compact Atomic Clocks
本文提出一种用于紧凑型原子钟的光频移激光锁定（LSLL）技术，通过交替两种钟序列抵消诱导光频移以稳定激光频率，无需外部参考，实验表明其满足未来GNSS星载钟要求且提升了可靠性与稳健性。
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。
In-vacuum microwave resonator for a compact cold atom frequency standard
本文介绍了一个小型冷原子钟的物理软件包。该封装的独特之处在于其小尺寸，这是第一次在3U高度（= 133 mm）的标准封装中实现初级冷原子钟。这些尺寸是通过使用真空微波（MW）环隙谐振器（LGR），其长度和直径可以从一个典型的谐振器减少。在我们的设计介绍之后，我们分析了MW场幅度和相位的均匀性。我们发现，预期的时钟不稳定性，由于MW场的非均匀性是$\sim1.5\cdot10^{-14}$ /天。加上其他时钟误差，我们估计这种设计的冷原子钟的总不确定度将在$\sim2\cdot10^{-14}$ /天左右，这导致几纳秒/天的时间漂移。这样的时钟可以作为初级频率参考，并可能取代铯束原子钟和GPS纪律铷原子钟。
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。
Enhancing Divalent Optical Atomic Clocks with the $^{1}\mathrm{S}_0$$\leftrightarrow$$^{3}\mathrm{P}_{2}$ Transition
研究二价原子系统电四极$^{1}\mathrm{S}_0$$\leftrightarrow$$^{3}\mathrm{P}_{2}$跃迁性质，以$^{27}\mathrm{Al}^{+}$为例计算相关原子特性，探讨其在增强光原子钟、检验系统效应及探索超越标准模型物理方面的应用。
Spin squeezing in a Rydberg lattice clock
原子的压缩多体态是高精度频率测量的重要资源，可以极大地提高原子晶格钟的性能。在这里，我们从理论上证明了一种可行的方法，自旋压缩晶格时钟通过光学敷料的一个时钟状态的高度激发的里德伯态，产生可切换的原子相互作用。对于现实的实验参数，这表明在几微秒的相互作用时间内产生超过10 dB的压缩，而不影响随后的时钟询问。
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。
Universal methods for suppressing the light shift in atomic clocks using power modulation
我们证明了在原子钟中，光移可以通过询问场强度随时间的变化来抑制。通过在两个强度水平下测量时钟输出，可以生成误差信号，该误差信号同时将本机振荡器稳定到原子跃迁并校正由询问光场引起的该跃迁的偏移。这些方法适用于使用单光子和双光子跃迁的光学时钟，以及基于相干布居捕获或直接询问的微波时钟。所提出的方法可广泛用于高精度科学仪器和广泛的商业时钟，包括芯片级原子钟。
A proposed test of quantum mechanics with three connected atomic clock transitions
我们考虑了史蒂芬·温伯格提出的量子力学的可能扩展，并重新分析了他的预测，即基于同一原子中的三个原子钟的新测试。我们提出了现实的实验系统，可以测试这一假设。有两个系统已经对偏离量子力学设定了极限，而使用另一个系统，人们将能够在最好的原子钟的灵敏度极限上寻找新的物理学。
Atomic Combination Clocks
原子钟使用原子跃迁作为频率参考。原子跃迁对外部场的敏感性限制了时钟的稳定性，并引入了系统的频率偏移。在这里，我们建议实现一个原子钟，利用纠缠叠加态的多个原子物种，其中的参考频率是一个单独的过渡频率的总和。选择叠加，使得各个物种中相应跃迁的敏感性发生破坏性干扰，从而提高稳定性并减少系统漂移。我们提出并分析了两个这样的组合的例子。第一种方法利用$^{40}$ Ca $^+$- $^{174}$ Yb $^+$双离子晶体中的光学四极跃迁。第二个是一个$^{88}$ Sr $^+$离子和三个$^{202}$ Hg $^+$离子的光学四极跃迁的叠加。这些组合降低了对外部磁场和黑体辐射的敏感性。
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。
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