NATURE|使用布里渊激光子系统操控光学原子钟
NATURE|使用布里渊激光子系统操控光学原子钟
编译者：marcus2017发布时间：2021-3-2
使用便携式系统精确测量时间的能力长期以来一直是导航的关键。精确和便携式计时的必要性在近300年前激发了哈里森海洋计时仪的发展，并一直延续到今天，反映在现代社会对全球定位系统（GPS）的依赖上。最近，以数百太赫兹频率工作的光学原子钟的性能已远远超过最好的微波钟，并大大提高了测量时间和距离的精度。然而，这些光学时钟的便携式实现将需要对现有时钟结构进行实质性修改，包括时钟激光器的小型化，其性能对时钟的操作至关重要。一个关键的挑战是保持时钟激光器的频率稳定，同时减小其尺寸。这种稳定性要求激光器（1）在时钟反馈开始之前的一段时间内（分钟）保持在原子窄线宽跃迁附近；（2）在反馈周期之间（毫秒）保持锁定在原子跃迁附近。这些严格的要求已经消除了除体腔稳定（BCS）激光器之外的所有可能的时钟询问候选，这些激光器在高真空操作下表现出目前无与伦比的小于1hz的窄线宽，但在其他方面不易操作并且容易振动。
2020年12月9日，美国麻省理工学院Robert McConnell组在《nature》杂志上，发表了题目为“Operation of an optical atomic clock with a Brillouin laser subsystem”的文章。微波原子钟传统上是精确测量时间和频率的“金标准”。然而，在过去十年中，光学原子钟的精度已经超过微波原子钟两个数量级甚至更多。现存的光学钟体积超过1立方米，要使这些钟能够在野外环境中工作是一个巨大的挑战，这就要求原子基准和时钟激光器及其配套激光器和电子器件的加固和小型化。就时钟激光器而言，先前的光学时钟实验室演示依赖于通过使用体腔实现稳定而获得的优异性能，不幸的是，这需要使用真空，并且使激光器易受振动引起的噪声影响。在这里，他们使用一个受激布里渊散射激光子系统，它有一个减少的腔体积和在非真空条件下操作，他们展示了一个便携式光学原子钟结构的一个有前途的组成部分。他们用他们的受激布里渊散射激光器对一个88Sr+离子进行了探测，获得了一个时钟，它在1秒内显示出3.9×10−14的短期稳定性，比最先进的微波时钟提高了一个数量级。在一个潜在的便携式系统中，这种性能的提高为大幅度改进现有技术，如全球定位系统，以及对地球大地测量等主题的探索，提供了一条令人信服的途径，寻找暗物质和研究基本物理常数可能的长期变化。
原文题目：Operation of an optical atomic clock with a Brillouin laser subsystem