空间原子光钟激光自动测频稳频技术研究

Space optical clock can significantly contribute to the high technology application researches of fundamental physics. There will be tremendous positive influence on building the space time and frequency standard platform, and the basic scientific research and applied technologies in space. Laser system is a crucial but weak part of the space optical clock, and also the difficulty of the research. This project will focus on the technology of the auto laser frequency measurement and stabilization for space optical strontium atomic clock, where the key scientific problem is the technology of achieving the auto laser frequency stabilization and fast re-locked via space double optical comb. This research can be an important technical support for achieving the space optical clock with an uncertainty of E-18 ultimately.

空间光钟对建立空间时频基准平台，开展空间基础研究和高技术应用具有重要意义。激光系统是空间光钟的重要组成部分也是薄弱环节，是空间光钟的研制难点。本项目就“利用空间双光梳实现高度自动化的激光测频稳频系统”的关键科学技术问题，拟开展空间锶原子光钟激光频率自动测量及稳定技术的研究，为最终实现不确定度在E-18量级的空间光钟研制成功奠定技术基础。

本项目设计并实现了空间锶原子光钟激光器自动稳频系统，包括461nm、679nm、707nm、813nm和689nm激光，其中461nm激光通过原子束锁定在原子跃迁谱线上，679nm、707nm、813nm激光通过系统内部的波长计测频后锁定，689nm激光通过空间光梳拍频进行频率稳定。软件自动探寻到鉴频信号后，控制打开锁频开关，再由锁频模拟电路进行频率锁定。该自动稳频系统直接应用于空间光钟初样件及正样件上，通过整体系统测试，并完成时频柜发射任务。.此外，基于空间光钟的研究平台，负责人还就空间微重力环境对空间光钟系统产生的影响进行了分析和计算，理论计算了微重力环境下88Sr窄线宽冷却时的原子行为，发现在此环境下原子无法得到预期的冷却和俘获结果，并给出双频MOT的解决方案；并鉴于近地轨道磁场对空间光钟的影响，设计并实现了空间磁场自动补偿系统原理样机，在后续产品升级改造中可进行进一步的改进和应用。.基于空间光钟平台的激光自动稳频系统，可以应用于地面光钟、可移动光钟系统，以及各类基于半导体激光器的研究平台；理论模拟计算空间环境中的原子行为为空间锶原子光钟原子在轨冷却具有指导意义，从而优化空间锶原子光钟方案，提升整体性能；除了在空间光钟系统中的实际应用，磁场主动补偿系统在与磁场相关的冷原子物理研究中也具有潜在的应用价值。