高精度的钙离子光频标

Time (the reciprocal of frequency) is one of the physical values measured with the highest precision currently. One can achieve a frequency standard with more accuracy, further test the physical laws and discover new physical phenomena. Optical frequency standards based on cold atoms have the highest frequency accuracy among all atomic frequency standards currently; they have great opportunities to become the new definition of the SI second in 2019. The optical frequency standards will be developed also have important support to seek a stronger voice for our country in definition the new international time standard (SI second). And some experiments of checking fundamental physical laws can be carried out on the base of the precision optical frequency measurement..This project will adopt the combination of theory and experiment. On the basis of the experience of single calcium ion optical frequency measurement, we will process the research of high precision calcium ion optical frequency standard. And we will research the influence on the precision spectroscopy by many effects such as motion effect, electric field and magnetic field effect and blackbody effect et al. At the same time, we will compare directly the frequency of two 40Ca+ optical frequency standards, and develop higher performance optical frequency standard, which will provide the high precision measurement value of atomic optical frequency.

时间频率是目前能最精密测量的物理量之一。由此能实现更精确的时间基准，并进一步检验物理规律以及发现新的物理现象。高精度的冷原子光频标是目前频率准确度最高的原子时间频率标准，是国际时间基准重新定义（2019 年）的有力竞争者。开展高精度光频标的研究，可为我国积极参与新的国际量子计量标准的制定，并争取更大的发言权提供重要的支持。并在建立起的精密光频测量平台开展检验基本物理规律的初步实验。.本项目拟采取理论同实验相结合，在建立的单个40Ca＋离子光频标测量的经验的基础上，开展更高精度40Ca＋离子光频标的研究。深入研究离子的运动效应、电场和磁场效应和黑体辐射效应等对囚禁冷却40Ca＋离子的精密谱的影响。同时探讨两个阱中离子光频的比对，研制更高性能的光频标，给出高精度的原子光频测量值。

时间频率是目前能最精密测量的物理量之一。由此能实现更精确的时间基准，并进一步检验物理规律以及发现新的物理现象。高精度的冷原子光频标是目前频率准确度最高的原子时间频率标准，是国际时间基准重新定义的有力竞争者。开展高精度光频标的研究，可为我国积极参与新的国际量子计量标准的制定，并争取更大的发言权提供重要的支持。并在建立起的精密光频测量平台开展检验基本物理规律的初步实验。.本项目通过四年的相关研究，实现了单个钙离子的稳定囚禁和有效冷却，单个钙离子连续囚禁时间达到两个月，激光冷却的离子温度达到mK量级；实现了离子阱区电场、磁场和环境的精确控制；在此基础的上实现了Hz量级钙离子钟跃迁绝对频率的测量；并开展了两个阱中囚禁离子的光频比对实验。通过精确测量魔幻射频囚禁频率，将离子的微运动引入的频移不确定度降低至E-19量级；同时将静态极化率参数不确定度降低一个量级以上，使由静态极化率引入的黑体辐射频移不确定度降至E-19量级。通过上述对的外场和环境效应的控制及其克服，将单个钙离子光频标的不确定度降低至2.8E-17；通过两台光频标的比对，测得稳定度也进入E-17量级；钙离子光频率测量值继2012年后于2015年再次被国际计量局采纳，更新了钙离子的频率推荐值。