積分球冷原子鐘一體化激光冷卻與探測微波腔研究

王秀梅，何進，王一非，王運佳，王文明，王偉麗，李世光，朱璽,劉國棟，王亮，劉亞軒，高連山，胡國慶，陳景標

(1.深港產(chǎn)學研基地(北京大學香港科技大學深圳研修院)，深圳 518000；2.北京大學，北京 100080；3.北京無線電計量測試研究所，北京 100080)

0 引言

積分球冷原子鐘采用積分球內(nèi)的漫反射光場對原子進行冷卻[1-2]。中國科學院上海光機所的王育竹院士[3]在1979年的成都光頻標會議上首次提出積分球漫反射光減速原子束的思想，W.KETTERLE等人[4]在1992年首次在實驗上實現(xiàn)了漫反射光場對鈉原子束的減速和冷卻，隨后E.GUILLOT和CHENG Huadong分別實現(xiàn)了積分球內(nèi)銫和銣原子氣體的冷卻[1-5]。積分球冷卻方式是無磁的，而且不需要對光束進行嚴格的準直和偏振校準，這使得整個系統(tǒng)的結構簡單可靠。法國巴黎天文臺[6-7]于2005年左右開展了基于各向同性光場冷卻的積分球銫原子鐘(HORACE)研究，實現(xiàn)了2.2×10-13τ-1/2的短期頻率穩(wěn)定度。上海光機所于2009年開始研究積分球冷原子銣鐘(ISCAC)，2016年，原理樣機的短期頻率穩(wěn)定度達到了4.2×10-13τ-1/2[8]，長期頻率穩(wěn)定度達到了1.9×10-15[9-10]，之后進入工程樣機研制階段。目前最新的會議報告顯示，其工程樣機短期頻率達到了3.0×10-13τ-1/2，長期頻率穩(wěn)定度達到了8.6×10-16，重量25 kg，功耗70 W。該工程樣機精度指標已經(jīng)達到國際領先水平，預計將在國際上首次搭載衛(wèi)星發(fā)射升空，成為第一臺星載運行的冷原子鐘，具有極高的科學價值和里程碑意義。

目前，積分球冷原子鐘發(fā)展趨勢可概括為兩個方面：一方面，采用新原理、新方法不斷提高頻率穩(wěn)定度等技術指標；……