背景磁场的精确标定对于原子钟的闭环运转以及不确定度评估有着重要的影响。在中性原子光晶格钟的不确定度的评估中, 背景磁场引入的二阶Zeeman频移是重要的贡献项之一。本文提出利用自比对的方法, 测量不同背景磁场条件下镱原子钟跃迁1S0→3P0两个 跃迁谱线对应的Zeeman分裂频率间距差值, 得到Zeeman分裂频率间距差与相应背景磁场线圈电流的对应关系, 最终标定出最小Zeeman分裂间距差在三个维度上对应的补偿磁场线圈驱动电流值。在此基础上, 分别调节偏置磁场处于高低磁场强度条件下, 测量了剩余背景磁场对钟跃迁频率产生的二阶Zeeman频移。结果显示二阶塞曼频移系数－0.0655(3)?Hz/G2, 对应的二阶Zeeman频移不确定度5.7×10－17。这项工作的开展为镱原子光晶格钟不确定度总体评估奠定了基础。

高精度光钟被认为是广义相对论验证, 相对论测地学以及暗物质探测的重要工具。镱原子光钟是目前国际上稳定度最好的光钟, 通过36 h的平均可以进入10－19的量级。控制系统是镱原子光钟的重要组成部分, 它主要负责光钟系统的时序控制。本文提出一种基于Python语言支持的现场可编程门阵列(FPGA)控制系统, 通过编译和调用Python程序包在FPGA上运行, 用来产生光钟运行过程所需的各种控制信号, 以及对镱原子光钟工作过程中获取的数据进行存储和后期处理。研究结果表明: 基于FPGA控制系统的数据处理可以完全匹配传统Matlab和Origin软件的数据处理方法, 获取K量级冷原子的温度和Hz量级的钟跃迁谱线宽; 另外,对复杂钟跃迁谱线实现高斯基函数的多峰拟合, 通过与早期实验过程中噪声分析建立的数据库进行比对, 用来作为光钟运行的过程分析和故障诊断, 有助于未来将机器学习引入高精度原子光钟的数据处理用来实现引力波以及暗物质的探测。

本文报道了一种用于镱原子光钟的759 nm光晶格激光频率锁定方法。759 nm激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)技术锁定在一个腔长为10 cm的超低膨胀系数(ULE)的高细度Fabry-Perot(FP)腔上。激光频率被锁定后的测量结果表明,759 nm的光晶格激光线宽被压窄到小于200 kHz;运用频率锁定的759 nm激光和飞秒光梳拍频来监测超稳腔的长期漂移率,结果显示ULE超稳腔的漂移率为016 Hz／s。将锁定后的759 nm光晶格激光用于镱原子光钟光晶格的装载,实现了镱原子在光晶格场中的稳定装载以及对光晶格场频率的精确控制,从而为镱原子光钟的闭环运转做了必要的技术准备。

为了抑制镱原子钟激光在光纤传输过程中引入的额外噪声，本文系统地研究了光纤噪声抑制的原理和实现方法。我们利用外差拍频的方法提取光纤传输引入的相位噪声，并通过对DDS驱动的声光调制器施加伺服反馈实现对光纤噪声的抑制。本文对比了采用光纤噪声抑制系统前后的频率噪声，采用Allan方差表征的实验结果显示，经过光纤噪声抑制系统后剩余光纤噪声引起的频率不稳定度为1.85×10-17/τ，频率噪声的起伏在秒量级的平均时间下降了一个数量级，400 s后进入E-19量级，相对于未进行光纤噪声抑制的稳定度提高了2个数量级。

A frequency-stabilized 556-nm laser is an essential tool for experimental studies associated with 1S0-3P1 intercombination transition of ytterbium (Yb) atoms. A 556-nm laser light using a single-pass second harmonic generation (SHG) is obtained in a periodically poled MgO:LiNbO3 (PPLN) crystal pumped by a fiber laser at 1111.6 nm. A robust frequency stabilization method which facilitates the control of laser frequency with an accuracy better than the natural linewidth (187 kHz) of the intercombination line is developed. The short-term frequency jitter is reduced to less than 100 kHz by locking the laser to a home-made reference cavity. A slow frequency drift is sensed by the 556-nm fluorescence signal of an Yb atomic beam excited by one probe beam and is reduced to less than 50-kHz by a computer-controlled servo system. The laser can be stably locked for more than 5 h. This frequency stabilization method can be extended to other alkaline-earth-like atoms with similar weak intercombination lines.

We build a Zeeman slower with consecutive coils and use it to load an Yb magneto-optical trap (MOTs). Cooling efficiency is measured by the fluorescence intensity of the atomic cloud trapped by the MOT. An optimized magnetic field profile can acquire the maximum cooling efficiency, corresponding to a good compromise between the smaller magnetic field mismatch and the high capture velocity. Our studies provide useful information on how the performance of the Zeeman slower can be improved.

为了研究磁光阱冷原子团所在区域的磁场大小，从而得出磁场零点附近磁场的微弱变化及其分布。提出利用右旋圆偏振作为探测光场穿过冷原子，根据左右旋圆偏振光场引起的跃迁几率的不同，导致穿过冷原子团零点前后探测场跃迁几率的变化，用来计算零点附近由冷原子团引起的非线性磁光效应，通过这一效应推导出旋转角随磁场大小的变化，从而获得了磁光阱四极磁场零点附近数量级达到10-13 T的磁场值。利用这一效应，同时在理论上获得了不同于以往理论及实验的双峰色散曲线。

利用两台不同的激光器,一台作为抽运光源,另一台作为探测光源,抽运光源分别运转于不同的频率,并扫动其频率,得到各磁子能级随抽运光场的扫动而发生的原子重新分布所引起的吸收增强现象.

通过半导体激光器的注入锁定,产生了频率可在铯原子D2线附近(852.356nm)连续调谐约1GHz以上、压缩度约为0.8dB的振幅压缩光;将其应用在铯饱和蒸气样品的频率调制光谱的演示测量中,信噪比较散粒噪声极限提高了约0.7dB。