囚禁冷却钙离子精密光谱实验进展

摘要：

本文报道了中国科学院武汉物理与数学研究所基于单个囚禁冷却钙离子精密光谱实验进展.采用微型射频阱(Paul阱)囚禁单个钙离子,实现囚禁离子的激光冷却,冷却离子被囚禁在Lamb-Dicke区域,囚禁时间长达2个月以上.用于钙离子4s2S1/2-3d2D5/2钟跃迁探测的729 nm激光的线宽压窄到1 Hz以下,并实现连续1个月的稳定运行,为了实现频率比对,搭建了两台相似的钙离子光频标.通过对系统误差的细致评估,两台钙离子光频标的频率相对不确定度均小于6×10-17.通过42 d的独立比对实验,两台钙离子光频标的频差为3×10-17,不确定度为5.5×i0-17.通过3d的连续频率比对,两台钙离子光频标的阿伦偏差为1×10-14τ-1/2,2×104 s稳定度达到了7×10-17.同时,利用基于全球定位系统(GPS)朔源到世界标准时(SI)的光频测量系统,再次测量了钙离子钟跃迁4s2S1/2-3d2D5/2的绝对频率值,其结果为(411042129776401.7±1.1)Hz.在此基础上完成了两个基于单个囚禁冷却钙离子的精密光谱实验.一是钙离子钟跃迁魔幻波长的测量,λ|mj|1/2=(395.7992+7) nm和λ|mj|=3/2=(395.7990±7) nm,与Tang等人的理论预言相符合.二是钙离子3d2D5/2态寿命测量,其结果(1174±10) ms与牛津大学和Innsbruck大学新近在线型阱中基于单个囚禁离子的测量结果相符合,并与Sahoo的最新理论结果相符合.

关键词：频标、精密测量、钙离子、寿命测量、魔幻波长

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资助基金：国家重点基础研究发展规划编号:2012CB821301,2005CB724502和国家自然科学基金编号:11474318,91336211,11034009,11304363资助项目

在线出版日期：2016-07-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

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