镱原子光晶格钟(镱光钟)的研制是一个非常有意义的研究工作。最近，美国NIST将镱光钟频率稳定度推进到1.6×10-18；2013年6月，171Yb光钟的钟频测量值被国际度量衡委员会批准为二级秒定义。中国科学院武汉物理与数学研究所贺凌翔课题组提出了一种基于镱原子束荧光谱的激光稳频方法，其特色之一是可以消除镱原子399 nm激发荧光谱中部分玻色、费米同位素谱线重叠。该方法发表在Chinese Optics Letters 2014年第2期上.

该课题组研究了镱原子玻色同位素和费米同位素的荧光谱强度对观测方向的敏感程度的差异，并利用这种差异消除了谱线重叠，使荧光谱线成为可靠的频率参考，进而成功地应用于激光的锁频。线偏振的399 nm激光激发1S0-1P1跃迁产生荧光谱。玻色同位素与费米同位素的相对谱线强度可以通过调节线偏振方向与观测方向的夹角来实现。当观测方向与激光偏振方向平行时，玻色同位素的荧光谱完全消失。将399 nm激光锁定到良好分辨的谱线上，获得了300 kHz的频率稳定度。
 
镱原子玻色同位素和费米同位素在399 nm激发光场下部分荧光谱线存在重叠，不利于基于这些谱线的激光锁频。该工作的特色在于，利用玻色同位素谱线对观测方向的依赖特性，消除了谱线重叠，从而得到了良好分辨的费米同位素谱线，使这些谱线成为激光锁频所需的可靠频率参考。这项技术可以应用于基于费米同位素的镱原子光钟。
 
在此工作的基础上，实现了镱原子费米同位素所对应跃迁频率的精确稳定的锁定，从而确保有足够多的原子经过两极冷却装载入759 nm的魔术波长光晶格，使一维光晶格中具有原子数达到104以上，温度达到15 μK左右的冷原子。该项研究为578 nm的钟跃迁探测提供了必要的技术准备。

论文链接：Frequency locking of a 399-nm laser referenced to fluorescence spectrum of an ytterbium atomic beam


图片说明：实验设计了一套数字化的反馈方案。通过计算机拟合计算出反馈量的大小和方向，实现激光频率的锁定，并通过一个半波片（HWP）来改变399 nm激发光场的线偏振方向和探测方向的空间观测角，消除了荧光谱中部分玻色同位素和费米同位素峰的重叠。