高性能被動(dòng)型CPT 原子鐘發(fā)展趨勢(shì)

丁琛灃陳海軍

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十二研究所，微波電真空器件國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100015）

1 引言

現(xiàn)代世界如公共交通、GPS 導(dǎo)航、蜂窩通信、高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)，均依賴(lài)于精確的時(shí)頻基準(zhǔn)。將來(lái)更高精度的導(dǎo)航定位、更快速的大容量通訊等技術(shù)革新會(huì)進(jìn)一步提高對(duì)精確定時(shí)的要求。原子鐘作為產(chǎn)生精確時(shí)間頻率的裝置，也隨著需求的提高不斷發(fā)展進(jìn)步［1］。其中，高性能被動(dòng)型CPT原子鐘以適度的尺寸、功耗、成本和優(yōu)異的頻率穩(wěn)定度為目標(biāo)，正在開(kāi)拓新一代高性能原子鐘的發(fā)展方向和應(yīng)用領(lǐng)域。

2 單一圓偏振光CPT 原子鐘

當(dāng)雙色光作用于三能級(jí)（Λ）系統(tǒng)且兩束光束的光頻差嚴(yán)格等于兩個(gè)基態(tài)超精細(xì)能級(jí)間的頻率差時(shí)，原子不再?gòu)幕鶓B(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，而是被囚禁在基態(tài)上。此時(shí)，熒光光譜中出現(xiàn)一條尖銳的暗線(xiàn)，而透射光則會(huì)出現(xiàn)尖銳的亮線(xiàn)［2］。該現(xiàn)象于1976年，由Alzetta 利用激光與鈉原子作用首次觀(guān)察到［3］。雙色光作用的三能級(jí)系統(tǒng)圖如圖1 所示。

圖1 雙色光作用的三能級(jí)系統(tǒng)圖Fig.1 Coherent beam acting on a three-energy level system

CPT 共振的典型寬度比光學(xué)躍遷的自然線(xiàn)寬小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，可以達(dá)到幾百甚至幾十赫茲。正因如此，CPT 現(xiàn)象在原子激光冷卻、量子信息科學(xué)以及無(wú)反轉(zhuǎn)激光產(chǎn)生等方面都有大量應(yīng)用。在CPT的不同應(yīng)用中，原子鐘占有特殊地位。CPT 效應(yīng)的使用可以避免體積龐大的微波諧振腔，從而在本質(zhì)上減小原子鐘的尺寸和重量。

傳統(tǒng)的單一圓偏光CPT 原子鐘設(shè)計(jì)方案如圖2所示，其中L 為透鏡，A 為光學(xué)衰減片，QWP 為1／4波片，PD 為光電探測(cè)器，PLL 為微波鎖相環(huán)，BPF 為帶通濾波器，VCXO 為壓控晶體振蕩器。采用簡(jiǎn)單的單一圓偏振光CPT 構(gòu)型實(shí)現(xiàn)CPT 原子鐘［4-6］。調(diào)頻雙色光經(jīng)過(guò)光衰減片調(diào)整好光強(qiáng)后，經(jīng)過(guò)1／4波片變?yōu)樽笮饣蛴倚?，與氣室內(nèi)的堿金屬原子作用，常用的堿金屬原子有133Cs，87Rb，85Rb 等。隨后對(duì)輸出的光電信號(hào)進(jìn)行處理，獲取原子對(duì)調(diào)頻多色光的吸收譜線(xiàn)［7］。

圖2 CPT 原子鐘裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of CPT atomic clock device

該方案光路簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)小型化。自2011年，Symmetricom 公司發(fā)布第一款芯片鐘SA.45s 以來(lái)，許多廠(chǎng)商參與了芯片級(jí)CPT 原子鐘的開(kāi)發(fā)并陸續(xù)投入市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)有如成都天奧的XHTF1040B 等產(chǎn)品。然而，單一圓偏振光（左旋或右旋）與原子相互作用會(huì)將相當(dāng)數(shù)量的原子抽運(yùn)至極化暗態(tài)［8］。這部分原子將無(wú)法參與構(gòu)成CPT 態(tài)，從而嚴(yán)重影響了CPT 信號(hào)幅度。以右旋圓偏振光為例，極化暗態(tài)形成的原理如圖3 所示。目前，應(yīng)用單一圓偏振光的CPT 原子鐘穩(wěn)定度在10-10·τ-1／2量級(jí)。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，對(duì)于CPT 原子鐘有了更高的性能要求。如何在保持小型化的同時(shí)提高性能，成了CPT原子鐘的研究熱點(diǎn)。

圖3 極化暗態(tài)示意圖Fig.3 Schemetic diagram of polarized dark state

3 高性能被動(dòng)型CPT 原子鐘

為了提高CPT 信號(hào)的對(duì)比度從而進(jìn)一步提高CPT 原子鐘的性能，就必須設(shè)法消除極化暗態(tài)的影響。這可以通過(guò)具有σ＋和σ-圓分量的光場(chǎng)共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)?；谶@一設(shè)想，各研究機(jī)構(gòu)提出了許多方案，如應(yīng)用平行線(xiàn)偏振雙色光與原子作用的lin‖lin-CPT 構(gòu)型、相位延遲的σ＋-σ-構(gòu)型CPT［9］、偏振方向相互垂直的雙色線(xiàn)偏振光與原子作用的lin⊥lin-CPT 構(gòu)型、Push-Pull-CPT 構(gòu)型以及偏振調(diào)制構(gòu)型等方案。

3.1 平行線(xiàn)偏振光（lin‖lin）構(gòu)型

平行線(xiàn)偏振法的基本原理是利用平行線(xiàn)偏振光分解的左右旋分量與原子作用，從而達(dá)到消除極化暗態(tài)的目的。lin‖lin 方案的原子光學(xué)躍遷方式如圖4 所示。

圖4 lin‖lin 方案87Rb 原子的躍遷示意圖Fig.4 Schematic diagram of lin‖lin scheme87Rb atomic leap

在lin‖lin 構(gòu)型中，0-0 躍遷的CPT 共振是不存在的，這是因?yàn)榕cσ＋和σ-躍遷相關(guān)的矩陣元比值的符號(hào)相反，導(dǎo)致｜darkσ＋＞和｜darkσ-＞對(duì)應(yīng)的暗態(tài)不相同［10-12］。然而，在｜F＝1，mF＝-1〉 -｜F＝2，mF＝1〉和｜F＝1，mF＝1〉 -｜F＝2，mF＝-1〉的躍遷處出現(xiàn)了Λ 方案。這導(dǎo)致當(dāng)磁場(chǎng)大于一定值時(shí)，出現(xiàn)了類(lèi)共振。當(dāng)磁場(chǎng)降低時(shí)，CPT 發(fā)生“粘滯”。因此，只出現(xiàn)一個(gè)中心峰。類(lèi)共振和“粘滯”諧振都可以作為量子頻標(biāo)的參考信號(hào)［13］。

lin‖lin 方案的實(shí)現(xiàn)裝置如圖5 所示，偏振器P用于產(chǎn)生純線(xiàn)偏振光，光衰減器A 用于光強(qiáng)的調(diào)整，1／2 波片HWP 用于調(diào)整線(xiàn)偏振光的偏振方向。

圖5 lin‖lin-CPT 原子鐘方案物理實(shí)驗(yàn)研究裝置圖Fig.5 Schematic diagram of lin‖lin CPT atomic clock scheme device

2009 年，日本國(guó)家計(jì)量院（National Metrology Institute of Japan，NMIJ）Ken-ichi Watabe，Takeshi Ikegami 等人利用ECDL 產(chǎn)生雙色線(xiàn)偏振光在Cs 的D1譜線(xiàn)上觀(guān)測(cè)到高對(duì)比度的相干布居捕獲信號(hào)。獲得了約10%的最大吸收對(duì)比度。這比傳統(tǒng)CPT 原子鐘測(cè)得的高近一倍。2009 年，Evelina Breschi，George Kazakov 等人基于lin‖lin 方案使用兩個(gè)鎖相擴(kuò)展腔二極管激光器代替VCSEL 激光器，并預(yù)測(cè)了Rb 原子CPT 鐘的短期穩(wěn)定性為1～3 ×10-13·τ-1／2［14］。2013年，日本東京都立大學(xué)（Tokyo Metropolitan University，TMU）的Yuichiro Yano，Shigeyoshi Goka 等人提出了一種基于交叉偏振片的觀(guān)測(cè)方法，利用lin‖lin 方案獲得高對(duì)比度的CPT 共振。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用133Cs 原子和VCSEL 激光器可以觀(guān)察到高達(dá)88.4%的共振對(duì)比度［15］。2015 年，中科院國(guó)家授時(shí)中心（NTSC），基于VCSEL 激光器和87Rb 原子研究了lin‖lin-CPT 原子鐘方案。并獲得了高于10%的CPT 信號(hào)對(duì)比度［16］。2019 年，清華大學(xué)報(bào)道了一種利用DBR 激光器基于lin‖lin 色散探測(cè)光抽運(yùn)的Ramsey-CPT133Cs 原子鐘方案。在20 s 內(nèi)測(cè)得電流分?jǐn)?shù)頻率穩(wěn)定度為1.3 ×10-12，在200 s 時(shí)達(dá)到3.1 ×10-13［17］。2020 年，華中科技大學(xué)研究了一種lin‖lin 與磁光旋轉(zhuǎn)（Magneto Optic Rotation，MOR）技術(shù)相結(jié)合的原子鐘方案，使用VCSEL 激光器和87Rb 原子，預(yù)估其短期頻率穩(wěn)定度可達(dá)2.7 ×10-13·τ-1／2［18］。

從光路設(shè)計(jì)的角度來(lái)講，lin‖lin-CPT 方案組成器件簡(jiǎn)單便于小型化，應(yīng)是CPT 原子鐘的理想方案，然而由于其Λ 系統(tǒng)選用的并非0-0 躍遷，因此對(duì)磁場(chǎng)較為敏感，這會(huì)嚴(yán)重限制lin‖lin-CPT 構(gòu)型的中長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度。2022 年，Kenta Matsumoto 等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了利用lin‖lin 偏振激發(fā)的雙光子方案在133Cs 的D1 線(xiàn)上的基態(tài)超精細(xì)能級(jí)之間產(chǎn)生了磁場(chǎng)不敏感的CPT 共振。在139 μT 的“魔術(shù)”磁場(chǎng)下，當(dāng)偏差1 μT 時(shí)，CPT 共振的頻移為0.04 Hz，比傳統(tǒng)鐘躍遷的頻移小50 倍［19］。這為lin‖lin 方案的進(jìn)一步發(fā)展提供了方向。

另外，當(dāng)激發(fā)態(tài)上子能級(jí)作為CPT 構(gòu)型的上能態(tài)時(shí)，Λ 構(gòu)型的CPT 態(tài)會(huì)被破壞，從而降低CPT 信號(hào)的幅度，因此，lin‖lin 方案還要求激發(fā)態(tài)子能級(jí)可分辨［20］。為此，除了按要求設(shè)置光頻，還應(yīng)控制多普勒展寬和碰撞展寬，而要做到這一點(diǎn)還需要較大體積的原子氣室來(lái)減小展寬，從而也限制了lin‖lin-CPT 方案的小型化［21］。lin‖lin 方案實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)尚有困難，但在設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)銣鐘體積更小穩(wěn)定度更好的原子鐘的方向上具有潛力。

3.2 相位延遲的σ+-σ-構(gòu)型CPT

σ＋-σ-構(gòu)型是通過(guò)在兩束偏振方向不同的圓偏光的基礎(chǔ)上引入相位延遲，即σ＋-σ-圓偏光共同與原子作用實(shí)現(xiàn)CPT 共振的方案，來(lái)消除極化暗態(tài)的影響。以87Rb 為例展示σ＋-σ-圓偏光方案的原子光學(xué)躍遷方式。左右偏振光分別作用時(shí)的躍遷如圖6 所示，其中實(shí)線(xiàn)為所需的三能級(jí)構(gòu)型，兩者共同作用時(shí)形成的結(jié)果如圖7 所示。

圖6 圓偏振光引起的能級(jí)躍遷示意圖Fig.6 Schematic diagram of energy level transitions caused by circularly polarized light

圖7 左右旋光共同作用所產(chǎn)生的雙Λ 構(gòu)型示意圖Fig.7 Schematic diagram of the double Λ configuration generated by the combined action of left and right rotations

根據(jù)計(jì)算得知當(dāng)兩雙色光場(chǎng)有合適相位差2nπ（n為整數(shù)）時(shí)，左右旋光雙色光場(chǎng)各自制備的CPT 態(tài)是相干相消的，只有當(dāng)引入的相位差為2（n＋1）π 時(shí)，兩CPT 態(tài)相干相長(zhǎng)，可觀(guān)察到CPT 共振［22］。同時(shí)達(dá)到引入相位延遲和左右旋兩種偏振態(tài)的雙色光的目的可以通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)，它們分別是反向傳播的σ＋-σ-CPT，如圖8 所示；以及同向傳播的σ＋-σ-CPT，如圖9 所示。

圖8 反向傳播的σ+-σ- -CPT 光路設(shè)計(jì)圖Fig.8 Design of σ+-σ-CPT optical path with reverse propagation

圖9 同向傳播的σ+-σ-CPT 光路設(shè)計(jì)圖Fig.9 Design of σ+-σ-CPT optical path with isotropic propagation

根據(jù)所研究的偏振態(tài)，在原子氣室和反射鏡之間插入一個(gè)1／4 波片。當(dāng)存在1／4 波片時(shí)，入射光中的σ＋偏振被轉(zhuǎn)換為返回光中的σ-偏振［23］。

為了產(chǎn)生具有適當(dāng)時(shí)間延遲的σ＋和σ-光場(chǎng)的組合，直接使用具有適當(dāng)偏振的兩個(gè)獨(dú)立VCSEL的激光。兩激光光場(chǎng)之間所需的相位延遲可以通過(guò)將其中一個(gè)VCSEL 上的微波調(diào)制相位延遲π 來(lái)引入［24］。由于這種延遲可以通過(guò)使用微型電子元件很容易地實(shí)現(xiàn)，因此這種技術(shù)幾乎不對(duì)器件的尺寸施加額外的約束。

2004 年，俄羅斯P.N 列別捷夫物理研究所S.V.Kargapoltsev 等人提出了基于133Cs 原子反向傳播的σ＋-σ-CPT 的方法，并獲得了7%的CPT 信號(hào)對(duì)比度。2006 年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（National Institute of Standards，NIST）V.Shah 等人認(rèn)為反向傳播的σ＋-σ-CPT 的方法存在的缺陷即該方案對(duì)儀器尺寸及空間位置有所限制。并提出基于VCSEL激光器的同向傳播的σ＋-σ-CPT 的方法，因?yàn)椴恍枰~外的光學(xué)器件，大大降低了物理包的復(fù)雜度但需要一些額外的電子系統(tǒng)［25］。

這兩種方法一個(gè)存在對(duì)儀器尺寸及空間位置的限制，一個(gè)需要增加額外的激光器和額外的電子系統(tǒng)，都在一定程度上限制了CPT 原子鐘的小型化和低功耗。對(duì)于同向傳播的σ＋-σ-CPT 方法，基于微處理器的電子學(xué)實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)的小體積和低功耗將會(huì)是一個(gè)改進(jìn)方向。

3.3 推挽光泵浦（push-pull optical pumping，ppop）構(gòu)型

PPOP 最初的方法就是同向傳播相位延遲的σ＋-σ-構(gòu)型CPT，用于PPOP 方案的原子光學(xué)躍遷方式與使用σ＋-σ-構(gòu)型CPT 方案相當(dāng)。它的光場(chǎng)產(chǎn)生方法為：通過(guò)M-Z 幅度調(diào)制器，對(duì)激光進(jìn)行幅度調(diào)制，該調(diào)制器通過(guò)分束輸入光束并將每個(gè)子光束通過(guò)兩個(gè)平行的電光晶體中的一個(gè)發(fā)送出去，在一個(gè)子光束中產(chǎn)生一個(gè)光學(xué)相位延遲，在另一個(gè)子光束中產(chǎn)生一個(gè)相等且相反的相位延遲。然后利用邁克爾遜干涉儀將固定線(xiàn)偏振的調(diào)幅光轉(zhuǎn)換為交變偏振的光。再通過(guò)1／4 波片得到交替變換的左旋和右旋圓偏振光與原子相互作用。其核心思路為使用邁克爾遜干涉儀將調(diào)頻光束轉(zhuǎn)換為交變圓偏振光。推挽光泵實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖10 所示［26］。

圖10 推挽光泵實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.10 Experimental setup diagram of push-pull optical pumping

2004 年，美國(guó)普林斯頓大學(xué)Y.-Y.Jau，E.Miron等人基于ECDL 激光器和87Rb 原子，利用PPOP 方案獲得了30%的對(duì)比度［25］。2013 年，法國(guó)巴黎天文臺(tái)（Observatoire de Pairs）和法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（Centre national de la recherché scientifique，CNRS），基于DFB 激光器和133Cs 原子，利用馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器（MZ EOM）和類(lèi)邁克爾遜干涉儀的組合獲得了78%的對(duì)比度［27］。他們又于2017年，利用PPOP 與Ramsey-CPT 技術(shù)結(jié)合獲得了2.3×10-13τ-1／2的短穩(wěn)，平 均 時(shí)間可達(dá)100 s［28］。后續(xù)2018 年，又結(jié)合symmetric auto-balanced Ramsey 技術(shù)獲得了104s 內(nèi)2.5 ×10-15的穩(wěn)定度［29］。

與相位延遲的σ＋-σ-構(gòu)型CPT 相比，沒(méi)有對(duì)儀器尺寸及空間位置的限制，也不需要額外的激光器和電子系統(tǒng)，但其額外的光路會(huì)對(duì)于小型化造成影響。

3.4 垂直線(xiàn)偏振光（lin⊥lin）構(gòu)型

垂直線(xiàn)偏振光（lin⊥lin）方案，該方案用兩束偏振方向相互垂直的雙色光作為光源，lin⊥lin 等效于σ＋圓偏振光和σ-圓偏振光的疊加，也是雙Λ 構(gòu)型。與lin‖lin 方案相比lin⊥lin 方案可以在mF＝0 基態(tài)子能級(jí)上形成純暗態(tài)［30］。使用這種方法的一個(gè)實(shí)際限制是不能直接通過(guò)頻率調(diào)制激光產(chǎn)生lin⊥lin 偏振態(tài)。

lin⊥lin 方案的實(shí)現(xiàn)裝置如圖11 所示。主激光器發(fā)射一束水平偏振光。采用隔離器防止光反饋。一部分主光經(jīng)過(guò)偏振分束器1、偏振分束器2和半波片2，偏振片提取出的垂直極化分量作為種子光進(jìn)入從激光器，取種子光的頻率與從激光器輸出光的＋1 級(jí)（或-1 級(jí)）邊帶頻率相吻合時(shí)對(duì)從激光器實(shí)現(xiàn)注入鎖頻［31-33］。光注入鎖頻是指，將一個(gè)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的激光管（主激光器）的一部分激光經(jīng)過(guò)光學(xué)隔離器之后注入到另一個(gè)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的激光管（從激光器），如果從激光器激光的頻率與主激光器激光的頻率相差在一個(gè)限定的區(qū)域（鎖頻區(qū)），則激光器激光的頻率和相位將會(huì)鎖定到Master 的激光上。

圖11 lin⊥lin 方案實(shí)現(xiàn)裝置圖Fig.11 Installation diagram of lin⊥lin scheme

通過(guò)適當(dāng)設(shè)置半波片1（半波片2）的光軸，主光（從光）的部分激光被偏振分束器1（偏振分束器2）反射，偏振分束器1 反射光束的偏振方向變?yōu)樗椒较颍瑑墒庠谄穹质? 處合束，形成用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的lin⊥lin 光束［34］。

2005 年，巴黎天文臺(tái)的T.Zanon 等人提出提出了雙Λ 構(gòu)型。2012 年，中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所和華中科技大學(xué)的云恩學(xué)、顧思洪等人基于VCSEL 和87Rb 原子，利用lin⊥lin 方法獲得了60%的CPT 信號(hào)對(duì)比度［35］。2014 年，巴黎天文臺(tái)和CNRS 的Jean-Marie Danet 等人基于ECDL 和133Cs原子實(shí)現(xiàn)了1 s 內(nèi)3.2 ×10-13的短期穩(wěn)定度［36］。2015 年，中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所研究了用ECDL 激光器出射光對(duì)受到微波調(diào)制的VCSEL產(chǎn)生的多色激光＋1 級(jí)邊帶注入鎖頻，用主從鎖頻激光系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)lin⊥lin 準(zhǔn)雙色光束方案。

lin⊥lin-CPT 相比于lin‖lin 方法可以可以在mF＝0 基態(tài)子能級(jí)上形成純暗態(tài)，這就使得其磁場(chǎng)敏感度低，中長(zhǎng)期穩(wěn)定性要更具優(yōu)勢(shì)，且其Λ 結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定形成，不需要確保上能級(jí)可分辨，兩子能級(jí)均可作為激發(fā)態(tài)能級(jí)，相對(duì)于lin‖lin 方案在原子氣室的尺寸和工作溫度方面的限制較少。但由于其不能直接通過(guò)頻率調(diào)制激光產(chǎn)生lin⊥lin 偏振態(tài)激光，所以光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)較lin‖lin 方案相對(duì)繁瑣，且功耗更大。

3.5 偏振調(diào)制CPT

偏振調(diào)制CPT 是一種基于連續(xù)波（CW）探測(cè)和雙調(diào)制相干布居捕獲（DM-CPT）技術(shù)的CPT 原子鐘方案。DM-CPT 技術(shù)利用雙色激光束的偏振和相對(duì)相位的同步調(diào)制［37］，實(shí)現(xiàn)與相位延遲的σ＋-σ-方案相當(dāng)?shù)男Ч僭O(shè)當(dāng)調(diào)制開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)為右旋圓偏振光，當(dāng)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)則為引入相位差的左旋圓偏振光。從而實(shí)現(xiàn)消除極化暗態(tài)的目的。原子光學(xué)躍遷方式與使用σ＋-σ-構(gòu)型CPT 方案相當(dāng)。其實(shí)現(xiàn)原理如圖12 所示。

圖12 偏振調(diào)制實(shí)驗(yàn)裝置原理圖Fig.12 Schematic diagram of polarization modulation experimental device

與推挽式光泵浦或lin⊥lin 技術(shù)相比，這種解決方案具有可以避免光束分離或疊加的優(yōu)勢(shì)。2016 年，云恩學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)這一方案做出進(jìn)一步改善。通過(guò)液晶偏振旋轉(zhuǎn)器（LCPR）將相位調(diào)制與同步偏振調(diào)制相結(jié)合，獲得雙調(diào)制激光束。并得到了3.2 ×10-13·τ-1／2的短期頻率穩(wěn)定度［38］。

偏振調(diào)制法通過(guò)電光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)圓偏光偏振態(tài)的改變和相位差的引入，可以看作是時(shí)序上的σ＋-σ-構(gòu)型CPT 方案。這種方案在光路設(shè)計(jì)上較為簡(jiǎn)單，為小型化高性能CPT 原子鐘提供了一種發(fā)展方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

高性能CPT 原子鐘對(duì)于傳統(tǒng)CPT 原子鐘所存在的極化暗態(tài)問(wèn)題，提出了一些改進(jìn)方案。其中主要包括lin‖lin-CPT 構(gòu)型、相位延遲的σ＋-σ-構(gòu)型CPT、lin⊥lin-CPT 構(gòu)型、Push-Pull-CPT 構(gòu)型以及偏振調(diào)制構(gòu)型。這些方案的出發(fā)點(diǎn)都是通過(guò)消除極化暗態(tài)來(lái)提高CPT 信號(hào)對(duì)比度，從而提高CPT 原子鐘性能。然而這些方案在提高性能的同時(shí)也出現(xiàn)了小型化的障礙，如何解決這些障礙，和設(shè)計(jì)更緊湊的系統(tǒng)將是小型化高性能原子鐘的研究重點(diǎn)。

同時(shí)，為了進(jìn)一步提高高性能CPT 原子鐘的性能，一些新的技術(shù)如MOR-CPT 技術(shù)、Ramsey-CPT、auto-balanced Ramsey 等技術(shù)也被相繼與各類(lèi)提高對(duì)比度的方法相結(jié)合。合理的運(yùn)用這些技術(shù)將使得高性能CPT 原子鐘的性能與傳統(tǒng)的銣鐘等頻標(biāo)相比更具競(jìng)爭(zhēng)力，有望以更小的體積獲得更高的性能。