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主动光钟的研究进展
  • ISSN号:0023-074X
  • 期刊名称:《科学通报》
  • 时间:0
  • 分类:O3-09[理学—力学]
  • 作者机构:[1]中国计量科学研究院,北京100013, [2]北京大学信息科学技术学院,区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,北京100871
  • 相关基金:国家自然科学基金(10874009,11074011);国家自然科学基金重大项目(91436210); 国际科技合作项目(2010DFR10900)资助本文基于北京大学陈景标小组于得水、王彦飞、许志超、潘多、薛潇博、张晓刚、张盛楠、张同刚、臧孝润、洪叶龙、孙钦青、解晓鹏等多位同学的研究成果,在此向他们表示衷心感谢.
中文摘要:

主动光钟是一种在腔反馈条件下以工作于原子跃迁谱线的光频受激辐射直接作为量子频率标准的新型原子光钟,有望将传统光钟稳定度提高2个量级,从而推动光钟的技术进步,应用更趋广泛.本文简述了光钟的发展历程及目前的关键技术瓶颈;介绍了主动光钟的基本原理;讨论了主动光钟的几种实验方案,包括坏腔二能级、三能级激光型主动光钟、四能级主动光钟和法拉第主动光钟等方案,详细分析了这些方案的实验原理和结果;除了介绍基于铯原子气室的法拉第原子滤光器实现主动光钟的实验研究结果,同时还简单描述了用魔术晶格囚禁冷锶原子实现基于689 nm超窄法拉第原子滤光器的主动光钟方案,以及工作于好腔条件下的法拉第光钟.最后,将这几种方案进行了综合分析与对比,展望了主动光钟进一步发展的前景和潜在应用.

英文摘要:

Active optical clocks, a new class of optical atomic clocks, work through stimulated emission lasing, a unique mechanism that is distinct from laser absorption spectroscopy of conventional optical clocks. With coherent weak optical feedback from a Fabry-Perot resonator operating in the bad-cavity regime, active optical clocks sustain a lasing oscillation at an atomic transition frequency. They are used directly as quantum optical frequency standards with expected stability better by about two orders of magnitude than that of the best clocks. This review starts with a simplified account of historical developments and the limitations of critical techniques in optical atomic clocks. After an introduction of the basic mechanism underlying active optical clocks, we discuss the most recent experimental results for several configurations and experimental set-ups of active optical clocks. These include those based on a 2-level atomic beam and 3-level laser-cooled trapped-atom system, those based on a 4-level atom scheme, and the Faraday active optical clock. Moreover, following the successful lasing and preliminary results on a Faraday active optical frequency standard with Faraday atomic filter using thermal Cs cell, we describe an experimental scheme of a Faraday active optical clock with a Faraday atomic filter using magic-lattice-trapped Sr atoms at the 689-nm transition, and Faraday optical clocks operating in the good-cavity regime. We conclude with a comprehensive comparison of the different active optical clocks, prospects for active Faraday optical clocks, and potential applications of active optical clocks.

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期刊信息
  • 《科学通报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院
  • 主编:周光召
  • 地址:北京东黄城根北街16号
  • 邮编:100717
  • 邮箱:csb@scichina.org
  • 电话:010-64036120 64012686
  • 国际标准刊号:ISSN:0023-074X
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1784/N
  • 邮发代号:80-213
  • 获奖情况:
  • 首届国家期刊奖,中国期刊方阵“双高”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:81792