論文の概要: Dual-frequency optical-microwave atomic clocks based on cesium atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.00478v1
- Date: Wed, 1 May 2024 12:35:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-02 15:47:41.645648
- Title: Dual-frequency optical-microwave atomic clocks based on cesium atoms
- Title（参考訳）: セシウム原子を用いた2周波光マイクロ波原子時計
- Authors: Tiantian Shi, Qiang Wei, Xiaomin Qin, Zhenfeng Liu, Kunkun Chen, Shiying Cao, Hangbo Shi, Zijie Liu, Jingbiao Chen,
- Abstract要約: 唯一の安定セシウム(Cs)同位体であるCsは1955年に原子時計を実現するために使われた。
本研究では1つのレーザーを局所振動子とし、Cs原子を量子参照として、光学周波数とマイクロ波周波数の2つの原子時計を実現した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8900213467805058
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: $^{133}$Cs, which is the only stable cesium (Cs) isotope, is one of the most investigated elements in atomic spectroscopy and was used to realize the atomic clock in 1955. Among all atomic clocks, the cesium atomic clock has a special place, since the current unit of time is based on a microwave transition in the Cs atom. In addition, the long lifetime of the $6{\text{P}}_{3/2}$ state and simple preparation technique of Cs vapor cells have great relevance to quantum and atom optics experiments, which suggests the use of the $6{\text{S}} - 6{\text{P}}$ D2 transition as an optical frequency standard. In this work, using one laser as the local oscillator and Cs atoms as the quantum reference, we realized two atomic clocks in the optical and microwave frequencies, respectively. Both clocks could be freely switched or simultaneously output. The optical clock based on the vapor cell continuously operated with a frequency stability of $3.89 \times {10^{ - 13}}$ at 1 s, decreasing to $2.17 \times {10^{ - 13}}$ at 32 s, which was frequency stabilized by modulation transfer spectroscopy and estimated by an optical comb. Then, applying this stabilized laser for an optically pumped Cs beam atomic clock to reduce the laser frequency noise, we obtained a microwave clock with a frequency stability of $1.84 \times {10^{ - 12}}/\sqrt \tau $, reaching $5.99 \times {10^{ - 15}}$ at $10^5$ s. This study demonstrates an attractive feature for the commercialization and deployment of optical and microwave clocks and will guide further development of integrated atomic clocks with better stability. Thus, this study lays the groundwork for future quantum metrology and laser physics.
- Abstract（参考訳）: 唯一安定なセシウム(Cs)同位体である$^{133}$Csは、1955年に原子時計を実現するために最も研究された元素の1つである。
全ての原子時計の中で、セシウム原子時計は、現在の時間単位はCs原子のマイクロ波遷移に基づいているため、特別な位置にある。
さらに、6{\text{P}}_{3/2}$状態の長い寿命とCs蒸気セルの簡単な調製技術は、量子光学実験と原子光学実験に大きく関係しており、6{\text{S}} - 6{\text{P}}$D2遷移を光周波数標準として用いることを示唆している。
本研究では1つのレーザーを局所振動子とし、Cs原子を量子参照として、光周波数とマイクロ波周波数の2つの原子時計をそれぞれ実現した。
どちらのクロックも自由に切り替えたり、同時に出力したりできる。
蒸気セルに基づく光時計は、周波数安定性が3.89 \times {10^{ - 13}}$1 sで連続的に動作し、32 sで2.17 \times {10^{ - 13}}$に低下した。
そして、この安定化レーザーを光ポンピングしたCsビーム原子時計に印加し、レーザー周波数ノイズを低減し、周波数安定性が1.84 \times {10^{ - 12}}/\sqrt \tau $を5.99 \times {10^{ - 15}}$ at 10^5$ sとした。
本研究は、光およびマイクロ波時計の商業化と展開に魅力的な特徴を示し、より安定な集積原子時計の開発を促進する。
このようにして、この研究は将来の量子力学とレーザー物理学の基礎となる。
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