基于端帽阱的鐿離子光鐘的系統設計及研究進展

左婭妮，戴少陽，曹士英，劉昆，陳偉亮，鄭發松，李天初，房芳

(1.中國計量科學研究院，北京 100029；2.國家時間頻率計量中心，北京 100029)

0 引言

工作頻率在光頻的原子鐘簡稱光鐘，由于光頻是微波頻率的1×105倍，因此在相同線寬下光鐘比微波鐘擁有更高的Q值[1]。目前光鐘的自評估頻率不確定度已經超越了給出國際單位SI秒定義的銫噴泉鐘，成為實現下一代秒定義的最佳候選方案[2]。根據參考頻率物理體系不同，光鐘分為離子光鐘和中性原子晶格光鐘，他們各具優勢：晶格光鐘同時囚禁數千個原子，信噪比高、頻率穩定度高，但需要多維冷卻和磁光阱，系統方案較為復雜；離子光鐘通常囚禁單個或少數幾個離子，穩定度稍遜于晶格光鐘，但離子的囚禁壽命和相干時間長、與背景噪聲隔絕更好且系統簡單緊湊，因此不確定度更低、更容易實現小型化和搬運。

目前，國際上基于囚禁離子和晶格中性原子光鐘的準確度指標已經達到1×10-18甚至更好[3]。美國國家標準技術研究所(NIST)研制的基于邏輯譜的鋁離子光頻標頻率不確定度已經進入1×10-19量級，另外德國聯邦物理技術研究院(PTB)的鐿離子光頻標、美國NIST的鐿原子光晶格和鍶原子光晶格鐘頻率不確定度也經達到了小系數10-18。在國內，中國計量院、中國科學院國家授時中心、華東師范大學、中國科學院武漢物理與數學研究所、華中科技大學、國防科技大學等單位研制的光鐘都取得了階段性的成果。國際計量咨詢委員會(CIPM)時間頻率咨詢委員會(CCTF)據此現狀制定的秒定義修改路線中重點指出，至少需要實現對3種或3種以上不同種光鐘的頻率進行10-18水平的比對測量。……