镱原子光钟非均匀激发频移的分析

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nm680nm
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目前,作为时间频率标准的铯原子微波钟能达到的最佳不确定度为3.5×10-16,而锶原子晶格钟不确定度已达到1×10-16,汞离子光钟达到1.9×10-17,都已经超越了铯原子喷泉钟。于是,中性原子光钟或离子光钟非常有希望成为下代的时间频率标准。将冷却后的中性原子装载到光晶格中,可以利用Lamb-Dicke效应,有效消除一阶多普勒频移和反冲频移。将晶格光调节到“魔术波长”可以消除晶格光导致的一阶光频移。于是,在进一步降低原子光钟不确定度的问题上,黑体辐射频移与碰撞频移成为了很大的障碍。本论文主要以镱原子光钟平台为研究对象,分析了费米子光钟由于非均匀激发产生碰撞频移的机理,计算了激发非均匀度与碰撞频移之间的关系,并且提出了抑制非均匀激发导致碰撞频移的实验方案。由泡利不相容原理可知,全同的费米子间不会发生相互作用。实验上,最初自旋极化的费米子制备在相同态,若在钟态跃迁探测的过程中受到均匀激发,则全同费米子仍不可分辨,就不会发生相互作用,即不会产生碰撞频移。若钟态跃迁探测过程中引入了一定的非均匀性,则费米子变得可分辨,也就会产生碰撞频移。我们将费米子光钟产生碰撞频移归因为激发的非均匀性。考虑两粒子系统,利用平均场能量理论,推导得到碰撞频移的公式,并引出两粒子间二阶相关函数。根据镱原子光钟平台的实验结果,可以计算与碰撞频移相关的一些重要参数,如晶格光束腰半径、晶格阱深、纵横向囚禁频率,Lamb-Dicke参数等。利用两粒子的拉比频率关系定义激发非均匀度,并且计算了典型实验条件下激发非均匀度值的范围。对非均匀度取不同的定值,计算得到碰撞频移与激发非均匀度之间的关系。最后,提出了抑制费米子光钟碰撞频移的方案。
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