基于銣原子420 nm藍光冷卻的主動光鐘超輻射激光實驗方案

史田田，關笑蕾，繆健翔，張佳，潘多，莊偉，陳景標

(1.北京大學 電子學系 區域光纖通信網與新型光纖通信系統國家重點實驗室，北京 100871；2.中國計量科學研究院，北京 100013)

0 主動光鐘研究背景

原子鐘利用量子躍遷特性，可以產生穩定且準確的頻率標準，是當今最精密的科學儀器設備。其在建立時間頻率基準、全球衛星導航定位、基礎物理研究等方面發揮著重要作用。目前性能最優的光晶格鐘和單離子光鐘都屬于被動光鐘，雖然光頻原子鐘的頻率穩定度和準確度已經實現了10-18量級[1-2]，甚至10-19量級[3]，但其性能進一步優化受限于參考腔引入的腔長熱噪聲。

為解決目前被動光鐘遇到的瓶頸，北京大學[4]于2005年首次提出了主動光鐘概念：在原理上利用原子間弱耦合協作受激行為，增益介質的受激輻射信號可直接作為鐘激光信號，相位相干性極好，激光線寬理論上可突破傳統的Shawlow-Townes線寬極限[5]，達mHz水平。并且，主動光鐘的增益介質衰減率遠小于腔衰減率，激光中心頻率取決于量子躍遷頻率而非腔模頻率，可有效抑制腔牽引效應對激光頻率的影響，解決被動光鐘面臨的腔長熱噪聲問題，在量子精密測量領域具有重要的應用前景和研究意義。

綜上，主動光鐘具有窄線寬與腔牽引抑制的優點，由于其性能優勢，在2015年IEEE國際頻率控制會議上，被列為光學頻率標準與應用領域三項最受關注的新興技術之一。目前美國天體物理學聯合實驗研究所(JILA)、美國國家標準……