中国科学院上海光学精密机械研究所在王育竹院士开创的光抽运（POP）气泡原子钟研究基础上，在POP原子钟中长期频率稳定度优化方面获重要进展。相关成果作为编辑精选文章近日发表于《科学仪器评论》。
POP原子钟使用铷原子基态超精细能级跃迁作为“钟摆”来产生高稳定度的频率信号。原子钟是卫星导航系统的核心部件之一，原子钟的性能决定了卫星导航系统的定位和授时精度。因此POP原子钟在卫星导航、高速通信及精密光谱等基础研究领域具有非常重要的应用前景。原子钟的共振频率对许多参数的波动很敏感，这使得优化以激光为基础的气泡原子钟（例如POP钟原子）的中长期频率稳定度成为一项亟待解决的挑战性难题。迄今为止，国际上关于POP原子钟中长期频率稳定度的相关研究成果较少，此项研究成果为提高气泡原子钟中长期频率稳定度提供了新的可行方案。
为此，研究人员首先将分布布拉格反馈（DBR）激光器、饱和吸收光路和声光调制器（AOM）集成到一个275mm×203mm×90mm（长×宽×高）的模块中，提高了激光的频率和功率稳定性。其次，将整个物理系统密封在一个由20 L/s的离子泵维持的真空度为4×10-4Pa的真空罐中，从而显著减小气压效应对原子钟频率稳定度的影响。再次将交流温控电路驱动的加热膜贴在微波腔上使微波腔的万秒温度稳定度达到31μK，减小温度相关缓冲气体频移的影响。最后提高原子钟闭环频率控制系统的精度和可靠性。采用上述改进措施后POP原子钟万秒频率稳定度达到4.7×10-15，与目前国际上最高水平的POP原子钟相当。
研究团队掌握了高精度气泡原子钟的关键技术，在进一步解决物理系统、光学系统和控制系统小型化和可靠性的基础上有望研制出高性能气泡原子钟工程样机。（来源：中国科学报 黄辛 李沙沙）
相关论文信息：https://doi.org/10.1063/5.0006187
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