铯喷泉钟小组简介
课题背景：
1967年，在国际计量大会（CGPM）的第13届会议上，秒定义被更改为133Cs原子基态超精细能级跃迁辐射对应的9192631770个振荡周期所持续的时间，直至今日仍是如此，只是对上述定义做了更严格的条件限定。铯喷泉钟是对秒定义复现准确度最高的装置，被直接应用于对国际原子时的驾驭，并在精密测量物理、相对论检验等基础研究领域，以及导航定位、无线通讯等诸多应用领域有着重要应用。
我们课题组正在研制的铝离子光频标，以其超高的不确定度指标，成为下一代秒定义的强力候选者。借助光梳和主动氢钟（飞轮钟）架桥，铯喷泉钟可实现对铝离子光频跃迁的超高精度测量，测量原理如图1所示。同时，引力中心正进行精密重力测量基础设施（Precise gravity measurement facility，PGMF）时频标准溯源装置的建设工作，目标是建成一套高稳定度、高准确度指标的本地时频标准，铯喷泉钟在其中担当着基准频标的角色，对本地时频标准进行定期测量与驾驭。
图1:基于铯喷泉频率标准的光学频率标准绝对频率测量
我们课题组于2016年开始铯喷泉钟的方案设计工作，2018年正式启动系统搭建，预期频率不确定度1×10-15，频率稳定度秒稳为2×10-13。
初步进展：
在建的铯喷泉钟系统包含真空物理系统、光学系统、微波源和电子学系统四个子系统，要实现喷泉钟闭环锁定、误差评估并投入使用，每个部分都缺一不可。目前我们团队已经初步完成了各子系统的研制，正进行整机联调与物理实验工作。自主设计的真空物理系统于2018年12月20号完成系统装配与抽真空，真空度优于1.2×10-7Pa，初步满足原子冷却的实验需求，真空物理系统装置实物如图2中所示。
图2：铯喷泉真空物理系统实物图
光学系统为铯原子冷却囚禁、上抛和布居数探测等操作提供所需的激光，光学平台搭建的空间光路通过光纤传输给真空物理系统。目前实验中所需要的光路均已搭建完成，实物如图3中所示。微波源为真空物理系统提供微波鉴频信号，图4是为我们组自主研制的微波源实物图，实测的9.192GHz信号的相位噪声水平在低频段达到了恒温晶体振荡器频率综合的理论极限，如图5中所示。
图3：搭建的光路系统 图4：自主研制的微波源实物图 图5：微波源相位噪声
我们于2019年1月12日在磁光阱中成功地俘获到了铯原子团；经过参数优化之后，俘获原子数目2.4(6)×109个，原子团采集信号如图6中所示。后续的物理实验目前正在紧张开展之中。
图6：左图由CCD观测到的铯原子团，右图是监测到的铯原子团荧光信号，由此计算出原子团的数目为2.4(6)×109
低温蓝宝石晶振：
低温蓝宝石振荡器（CSO）在短期积分时间内具有超高的频率稳定性和超低的相位噪声，这些优点是铯喷泉钟和离子钟所不具有的。因此，CSO可以给铯原子喷泉钟的微波综合链提供超稳的外参考频率源，是提高铯原子喷泉钟性能必不可少的频率参考系统，同时它可以给原子干涉绝对重力仪提供超低相噪的Raman本振源。第一阶段我们设计实现4K低温环境下的蓝宝石振荡器，设计目标为在1s-100s内稳定度达到10-16量级。
团队介绍：
喷泉钟项目负责人为陆泽晃教授，团队中包含两位博士后，一位博士生，两名硕士生，严谨而又轻松的团队氛围让我们组员更加融入科研生活，欢迎有兴趣的本科实习生、研究生、博士以及相关科研人员的加入。
请联系陆泽晃老师（zehuanglu@mail.hust.edu.cn）。