一种镍高离化态离子光钟及实现方法技术

本发明专利技术公开了一种镍高离化态离子光钟，还公开了一种镍高离化态离子光钟的实现方法，采用Ni<supgt;12+</supgt;高离化态离子作为光钟的参考体系，具有抗干扰能力和测量精度优于当前传统低价态离子光钟的特性。此外Ni<supgt;12+</supgt;高离化态离子具有498nm和511nm两条跃迁谱线可以作为光钟钟跃迁，同时采用498nm激光和511nm激光可以在一个离子参考体系上实现两个时钟信号的输出并能相互校验，通过两个激光频率值进行的频率校对时比值的突变及时发现运行问题，避免单光频光钟在运行中脱离协调时间时信号参考时出现问题无法及时发现而错误输出时钟信号的问题，提高光钟输出的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于离子光钟，具体涉及一种镍高离化态离子光钟，还涉及一种镍高离化态离子光钟的实现方法，适用于高离化态离子光钟领域。

技术介绍

1、原子钟自其专利技术以来，一直是时间和频率标准的基石。传统的原子钟，尤其是基于微波跃迁的铯原子钟和铷原子中，已经在多个领域(如卫星导航、通信网络、基础物理研究等)中被广泛应用。然而，随着对时间精度需求的不断增加，尤其是在导航、精密测量、引力波探测、以及基本物理常数的测试等领域，微波原子钟的精度和稳定性已无法满足某些尖端需求。为此，光钟(基于光学频率的原子钟)成为当前科学研究和技术开发的热点。

2、光钟通过将激光频率锁定到原子或离子在光学频段的电子跃迁频率上，具有较高的理论精度和稳定性。特别是基于单一离子的光钟，由于其受外界干扰较小，具有更高的测量稳定性和频率精度。目前，最具代表性的离子光钟包括基于钙离子、铝离子、镱离子等的光钟。这些低离化态离子在真空环境下可以稳定存储，通过激光探测以及将激光锁定到其跃迁频率来实现高精度的时间频率输出。

3、然而，随着科技的发展，传统的低离化态离子光钟在某些复杂环境本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种镍高离化态离子光钟，包括光钟系统和FPGA控制系统(12)，其特征在于，光钟系统包括低温离子阱系统(1)、高离化态离子源(2)、离子束线系统(3)、紫外荧光收集系统(4)、激光调制系统、伺服反馈电路(5)、光学频率梳(10)、以及时钟信号输出系统(11)，高离化态离子源(2)输出镍高离化态离子的脉冲束流到离子束线系统(3)，离子束线系统(3)筛选出Ni12+离子的脉冲束流并准直减速后输出到低温离子阱系统(1)，低温离子阱系统(1)囚禁Ni12+离子，低温离子阱系统(1)还制备和囚禁Be+离子，激光调制系统输出扫频激光到低温离子阱系统(1)，将Ni12+离子激发到激发态，Ni12+...

【技术特征摘要】

1.一种镍高离化态离子光钟，包括光钟系统和fpga控制系统(12)，其特征在于，光钟系统包括低温离子阱系统(1)、高离化态离子源(2)、离子束线系统(3)、紫外荧光收集系统(4)、激光调制系统、伺服反馈电路(5)、光学频率梳(10)、以及时钟信号输出系统(11)，高离化态离子源(2)输出镍高离化态离子的脉冲束流到离子束线系统(3)，离子束线系统(3)筛选出ni12+离子的脉冲束流并准直减速后输出到低温离子阱系统(1)，低温离子阱系统(1)囚禁ni12+离子，低温离子阱系统(1)还制备和囚禁be+离子，激光调制系统输出扫频激光到低温离子阱系统(1)，将ni12+离子激发到激发态，ni12+离子将外态信息传递给be+离子，be+离子发出313nm荧光信号，紫外荧光收集系统(4)收集be+离子发出的313nm荧光信号，获取ni12+离子跃迁的谱线线型并输出到伺服反馈电路(5)，伺服反馈电路(5)计算出ni12+离子跃迁的谱线线型的谱线中心值，伺服反馈电路(5)根据谱线中心值输出误差信号到激光调制系统，激光调制系统根据误差信号对输出的激光进行移频，使得移频后的激光频率锁定到了ni12+离子跃迁的谱线中心值上，激光调制系统将锁定后的激光输出到光学频率梳(10)，光学频率梳(10)测量锁定后的激光的激光频率，光学频率梳(10)将测量的激光频率输出到fpga控制系统(12)，fpga控制系统(12)输出时钟信号到时钟信号输出系统(11)，时钟信号输出系统(11)输出时钟信号，fpga控制系统(12)还通过时序控制信号线分别与低温离子阱系统(1)、离子束线系统(3)、紫外荧光收集系统(4)、激光调制系统、光学频率梳(10)、时钟信号输出系统(11)连接。

2.根据权利要求1所述一种镍高离化态离子光钟，其特征在于，所述光钟系统还包括313nm多普勒冷却激光系统(13)、313nm回泵激光系统(14)、313nm拉曼边带冷却激光系统(15)，313nm多普勒冷却激光系统(13)和313nm回泵激光系统(14)分别输出313nm多普勒冷却激光和313nm回泵激光到低温离子阱系统(1)对be+离子进行多普勒冷却，ni12+离子被协同冷却；313nm拉曼边带冷却激光系统(15)输出313nm拉曼边带冷却激光到低温离子阱系统(1)对多普勒冷却后的be+离子进行拉曼边带冷却，ni12+离子被协同冷却到振动量子基态；fpga控制系统(12)还通过时序控制信号线分别与313nm多普勒冷却激光系统(13)、313nm回泵激光系统(14)、313nm拉曼边带冷却激光系统(15)连接。

3.根据权利要求2所述一种镍高离化态离子光钟，其特征在于，所述激光调制系统包括第一激光调制模块，第一激光调制模块包括第一声光调制器(6)和498nm窄线宽激光器(7)，498nm窄线宽激光器(7)输出498nm窄线宽激光到第一声光调制器(6)的激光输入端，伺服反馈电路(5)输出误差信号到第一声光调制器(6)的调制输入端，第一声光调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：管桦，陈邵龙，周志强，张国盛，黄垚，高克林，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：