Neues POP-Atomuhr-Design erreicht modernste Frequenzstabilität

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Chinesische Forscher haben auf der Grundlage eines neuen Designs eine gepulste optisch gepumpte (POP) Atomuhr mit einer Frequenzstabilität von 4,7 x 10-15 bei 104 Sekunden entwickelt.Die Errungenschaft ist bemerkenswert, weil Atomuhren – oft als der stabilste Frequenzstandard für die Zeitmessung angesehen – entscheidende Komponenten in globalen Navigationssystemen und internationalen Kommunikationsdiensten sind, und die Frequenzstabilität ist der Schlüssel zu ihrer Genauigkeit.

POP-Atomuhren sind ein wichtiger Forschungsschwerpunkt, weil sie leicht sind und eine ausgezeichnete Frequenzstabilität aufweisen.Die Forschung wurde von Deng Jianliao vom Shanghaier Institut für Optik und Feinmechanik (SIOM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften geleitet.

Die Ergebnisse wurden am 21.

April 2020 in Review of Scientific Instruments veröffentlicht.”Atomuhren verwenden ein quantenmechanisches System als ‘Pendel’, bei dem die Frequenz des lokalen Oszillators an den Übergang zwischen den Zuständen der Atomenergie gebunden ist”, sagte Deng Jianliao, der entsprechende Autor des Artikels.

Die Genauigkeit der Atomuhr hängt von der Bestimmung der Genauigkeit des Zentrums des atomaren Übergangs und der Stabilität der Zentralfrequenz selbst ab”.Das neue Design verwendet ein kompaktes optisches Modul, das aus einem Laser mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR) und einem akusto-optischen Modulator in einer POP-Dampfzellen-Rubidium-Atomuhr besteht.

Die Unterbringung des Physikpakets in einer abgedichteten Vakuumkammer verbesserte die Temperaturkontrolle und reduzierte auch den negativen Einfluss des barometrischen Effekts.Deng merkte an, dass die Atomuhr “empfindlich auf die Schwankungen vieler Parameter” reagiere, was es zu einer Herausforderung mache, die mittel- bis langfristige Frequenzstabilität in laserbasierten Dampfzellenuhren, wie z.B.

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POP-Uhren, zu optimieren.

Die durch das neue Design erreichte Frequenzstabilität von 4,7 × 10-15 bei 104 Sekunden “ist vergleichbar mit der modernsten POP-Rubidium-Uhr”, so die Studie.Die Forscher arbeiten nun an der Verbesserung der Frequenzstabilität bei einer durchschnittlichen Zeit von mehr als 104 Sekunden….

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