【摘 要】
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时间是目前测量精度最高的物理量,其单位“秒”由铯原子基态超精细能级跃迁的9192631770个周期所持续的时间来定义。而光钟的准确度比铯原子钟高2～3个量级,是当前测量时间最准确的装置,有望取代铯原子钟成为新的“秒”定义。得益于其超高的精度,光钟也被广泛应用于相对论大地测量学、探测暗物质、导航定位和检验物理规律等领域。由于27Al+离子的钟跃迁线对电磁场的扰动不敏感,选择其作为量子参考有着天然的优
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时间是目前测量精度最高的物理量,其单位“秒”由铯原子基态超精细能级跃迁的9192631770个周期所持续的时间来定义。而光钟的准确度比铯原子钟高2～3个量级,是当前测量时间最准确的装置,有望取代铯原子钟成为新的“秒”定义。得益于其超高的精度,光钟也被广泛应用于相对论大地测量学、探测暗物质、导航定位和检验物理规律等领域。由于27Al+离子的钟跃迁线对电磁场的扰动不敏感,选择其作为量子参考有着天然的优势,使得27Al+离子光钟成为世界上系统不确定度第一个进入10-19量级的光钟。本人所在的课题组也开展了27Al+离子光钟的研究,前期已经完成了系统的搭建,并成功探测到了2.9 Hz的钟跃迁谱线,目前需要对光钟系统不确定度进行评估。黑体辐射频移作为不确定度的重要贡献项,其评估较为复杂,对其进行准确的评估是一项比较困难的工作。本文将围绕27Al+离子光钟黑体辐射频移的准确评估,对硕士期间的工作进行介绍,主要内容如下:1.理论推导了黑体辐射对27Al+离子钟跃迁能级的扰动,并结合实验分析了离子所感受到的黑体辐射场的主要来源,其中离子阱中的电介质和电极贡献最大。提出通过有限元仿真并使用实验验证的方案来评估黑体辐射频移。2.根据实验的需求,搭建了一套用于离子阱温度测量的真空系统,真空度为2.3×10-5 Pa,实现了离子阱温度的准确测量,测量的准确度为30 m K,为验证仿真模型提供了实验参考。3.使用有限元仿真获得了温度测量系统的温度分布,其结果与实验基本吻合,验证了模型的准确性。使用经过验证过的仿真模型给出了离子所感受到的温度,最终将27Al+离子光钟黑体辐射频移评估至-33.1（4.5）×10-19。以上工作为系统相对不确定度10-18甚至10-19量级的27Al+离子光钟研究打下了基础。
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