中國科學院上海光學精密機械研究所在王育竹院士開創的光抽運（POP）氣泡原子鐘研究基礎上，在POP原子鐘中長期頻率穩定度優化方面獲重要進展。相關成果作為編輯精選文章近日發表於《科學儀器評論》。
POP原子鐘使用銣原子基態超精細能級躍遷作為「鐘擺」來產生高穩定度的頻率信號。原子鐘是衛星導航系統的核心部件之一，原子鐘的性能決定了衛星導航系統的定位和授時精度。因此POP原子鐘在衛星導航、高速通信及精密光譜等基礎研究領域具有非常重要的應用前景。原子鐘的共振頻率對許多參數的波動很敏感，這使得優化以雷射為基礎的氣泡原子鐘（例如POP鍾原子）的中長期頻率穩定度成為一項亟待解決的挑戰性難題。迄今為止，國際上關於POP原子鐘中長期頻率穩定度的相關研究成果較少，此項研究成果為提高氣泡原子鐘中長期頻率穩定度提供了新的可行方案。
為此，研究人員首先將分布布拉格反饋（DBR）雷射器、飽和吸收光路和聲光調製器（AOM）集成到一個275mm×203mm×90mm（長×寬×高）的模塊中，提高了雷射的頻率和功率穩定性。其次，將整個物理系統密封在一個由20 L/s的離子泵維持的真空度為4×10-4Pa的真空罐中，從而顯著減小氣壓效應對原子鐘頻率穩定度的影響。再次將交流溫控電路驅動的加熱膜貼在微波腔上使微波腔的萬秒溫度穩定度達到31μK，減小溫度相關緩衝氣體頻移的影響。最後提高原子鐘閉環頻率控制系統的精度和可靠性。採用上述改進措施後POP原子鐘萬秒頻率穩定度達到4.7×10-15，與目前國際上最高水平的POP原子鐘相當。
研究團隊掌握了高精度氣泡原子鐘的關鍵技術，在進一步解決物理系統、光學系統和控制系統小型化和可靠性的基礎上有望研製出高性能氣泡原子鐘工程樣機。
相關論文信息：https://doi.org/10.1063/5.0006187
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