基于LabVIEW的光学腔稳频技术及其在锶光钟系统中的应用

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1、密级：中国科学院大学UniversiD'ofChineseAcademyofSciences硕士学位论文指导教师：二。一三年五月ByRENJieADissertatio—ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofTestandmeasurementtechnologyandinstrumentsNationalTimeServiceCenter,ChineseAcademyofSciencesMay,2

2、013致谢时间悄然而逝，三年的学习时光即将结束，我也即将完成我的硕士学业，为这三年来的学习和科研交上一份满意的答卷。每个人的学生时代最幸运的事莫过于遇到对自己有知遇之恩的老师，我是一个幸运的人，来到授时中心进行硕士学位的进修，以及遇到我学生生涯中最重要的几位优秀导师。感谢华宇研究员，是他将我带入授时中心这个大家庭，让我能够成为这里的一员，感受到这里浓郁的科研氛围和轻松愉快的生活环境，激发了我攻读研究生的愿望。感谢我的导师常宏研究员，是他对我的肯定和认同，将我带入了充满学术气息的量子频标研究室，在这里，我学习到了许多新的知识，了解了许多国际前沿性科研课题，并真正成为锶光钟研制的一份子。常

3、老师严谨的科研和教学态度影响我更加踏实、认真的去完成每一项实验，写好每一篇论文；同时，他为人的宽宏大度也给予了我许多生活上的帮助。感谢张首刚研究员，他的伟岸和无私指引着我的生活、学习和工作，让我明白了许多成长的道理，他总是在精神上鼓舞着我向上奋斗的力量，在日常工作中指导着我更加严谨和努力的工作态度，是我工作和生活中的榜样。要特别感谢中心的每一位领导对我工作和学习的支持，感谢郭际主任、王玉林书记，以及窦忠、吴海涛和卢晓春副主任，人事教育处的李平处长、张正副处长，以及科技处、财务处的每一位领导和同事。同时，要感谢锶光钟实验室一起共同奋战的朋友们，他们在平日里给予我许多鼓励和欢笑，他们是高峰

4、、王叶兵、许朋师兄，田晓师姐、丛东亮同学和卢本全师弟。感谢量子频标研究室中每一位老师、同事和同学平时对我的帮助和指导，他们丰富的科研经验、理论知识无不影响着我。感谢授时中心2010级共同度过三年美好时光的同学，愿你们每个人都拥有最的未来。同样感谢过去授时技术与方法研究室的每一位亲切的同事和老师们。最后，我要真心感谢我的家人，感谢我的父母和姑姑无时无刻对我的关心和爱护，愿他们身体健康，度过一个幸福快乐的晚年；感谢刘辉同学，他教会了我许多学习上的知识，并给予我许多的理解和包容，也愿他健康快乐，学业事业有成。任洁2013年5月9日摘要光钟具有高精确度和稳定度的特点，有望成为新一代的时间频率基

5、准。国家授时中心目前正在进行锶原子光晶格钟的研制。锶光钟一级冷却中两束repumping光的频率对应锶原子三重态系跃迁(SsSp)3eoj(5s6s)3S和(SsSp)3￡专(5s6s)3S，由于其跃迁基态处于亚稳态，所以较难利用原子的跃迁线为参考对其进行频率锁定。本文将近年来应用较为广泛的虚拟仪器技术融合进锶光钟的研制，利用LabVIEW编译的自动稳频系统，实现这两台半导体激光器任意频率的同时锁定。通过一台F．P腔将He-Ne激光器的高频率稳定性同时传递到两台受控激光器上。程序自动搜索激光透射峰信号从而得到误差信号，由比例积分算法得出控制电压，并反馈回激光器。可视化界面易于操作和观察

6、，可直接完成对激光器的锁定，并自动记录实验结果。锁定后激光器的频率波动为+4MHz左右。本文中也进行了将锁定后的repumping光注入蓝MOT中观察其对于蓝MOT俘获原子数目和寿命影响的实验，实验结果为蓝MOT的性能大大得到提升，俘获的冷原子数目增大了约12倍，MOT的寿命也延长了约13倍。对锶原子光钟下一步的二级冷却工作提供了数据参数和实验基础。关键字：锶光钟，再泵浦光，腔传递稳频，数字伺服ABSTRACTAttributetoopticalclock’Sprecisionandstabilization，itmaybethestandardofnextgenerationofti

7、meandfrequency．SropticalclockarenowbeingresearchedinNationalTimeServiceCenter．Thetworepumpinglasersinthe1吼coolingcorrespondingtothetransitionsof(5s5p)3e0一(5s6s)3Sand(SsSp)3￡专(5s6s)3S，whichthelowerstateismetastable，aredifficu