新型Raman-Ramsey空间冷原子钟的原理和技术研究

首先利用积分球冷却装置获得原子数约为10^8，温度约为40微开的Rb^87冷原子气体 。Raman-Ramsey 是采用频率相差为6.835 GHz的两个脉冲光与冷原子作用，第一个脉冲与冷原子作用时形成暗态（EIT效应），第二个光脉冲为探测脉冲，通过调谐Raman失谐，从而可以获得Ramsey干涉条纹；这里Ramsey中心条纹的宽度与两次脉冲的时间间隔成反比关系（1/2T）；在地面，积分球内冷原子的寿命约为40 ms（原子剩余一半），可以获得小于20 Hz的条纹宽度；而在空间，积分球冷原子的寿命约为200 ms，可获得2.5 Hz 条纹宽度，所以在空间可以进一步提高原子钟的稳定度。Raman-Ramsey冷原子钟的优点在于全光、无微波腔、结构简单、功耗低，适合发展成为星载原子钟。

本课题利用大积分球冷却原子，获得了数目超过E10的冷原子。为了提高冷原子的利用率，我们提出了冷却光注入技术，实现了积分球内冷原子团形状的控制，从而提高了作用区冷原子的密度，初步估计冷原子数目提高了约4倍。Raman-Ramsey的光路采用光纤电光调制器，利用6.835GHz微波信号进行调制，利用载波和一级边带作为CPT光，载波和一级边带的比例为1:1。利用此光路，我们首次在积分球中观测到了CPT信号。除此之外，我们理论分析了积分球中冷原子的碰撞和扩散对Ramsey干涉条纹对比度的影响，并与POP实验中获得的Ramsey条纹做了对比，发现理论与实验符合的很好。最后，利用Raman-Ramsey方法获得了Ramsey干涉条纹，实现了本项目的最终目标。. 总之，我们利用脉冲Raman光获得了Ramsey干涉条纹，达到了预期目标，并发表文章8篇，专利2项。