銣原子光鐘絕對頻率之量測;Absolute frequency of rubidium optical clock

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Title:	銣原子光鐘絕對頻率之量測;Absolute frequency of rubidium optical clock
Authors:	祝麒翔;Chu, Chi-Hsiang
Contributors:	物理學系
Keywords:	銣原子;光鐘頻率;雙光子躍遷;賽曼效應;氣壓偏移;Rubidium;optical clock;two photon transition;Zeeman effect;collision shift
Date:	2022-09-30
Issue Date:	2022-10-04 11:17:49 (UTC+8)
Publisher:	國立中央大學
Abstract:	銣原子5S1/2 → 5D5/2 雙光子躍遷在原子分子光學領域為非常重要的躍遷，且其頻率被國際度量衡委員會公開發表，量測此原子譜線的絕對頻率為本論文首要目的，然而根據本實驗室石宇哲學長先前的量測，量測的譜線(總共九條) 皆與國際標準值差距了30 kHz 左右，我們猜測主要有兩個原因，一為隔磁材料坡莫合金(permalloy) 無法有效隔磁，進而產生賽曼偏移(Zeeman shift)，因此設計了荷姆霍茲線圈製造無磁場環境；二為玻璃器室內部有未知氣體，進而碰撞產生氣壓偏移(pressure shift)，因此架設了一套真空系統，製造只有純銣原子之氣室。為了使掃描出來的原子譜線有良好的重複率以及穩定性，我們先使用Pound- Drever Hall 鎖頻技術使雷射抖動範圍從3MHz 縮小至0.6 MHz；再來我們使用電光調制法將原子鎖在交叉譜線上，使雷射頻率在鎖頻過程不會受到調制影響，且頻率可由電光調制器控制，使我們進而掃頻。在使用荷姆霍茲線圈的過程中，我們逐步增加反向磁場的大小並記錄譜線線寬，當線寬為最小值時，代表譜線沒有因為受到磁場影響，此時所量得的絕對頻率仍與國際標準值差距30kHz，因此我們認為這個差距並非磁場隔絕不好所造成的。在抽真空過程中，我們使用渦輪幫浦將真空腔氣壓抽至1 × 10−7 Torr，並利用推拉式真空導引將內部銣原子安瓿打破，並利用溫度梯度讓原子大量沉澱在玻璃旁，將其當成冷端凝子(cold finger)。此外，我們也利用780 nm 雷射探測銣原子5S1/2 → 5P3/2 單光子躍遷，利用穿透光的凹陷程度計算原子密度比，進而推算原子蒸氣壓。最終我們量測出雙光子躍遷之頻率，並與美國國家標準局(NIST) 提供的值非常接近。;In this thesis, we have measured the clock transition of rubidium. we first developed the differential Zeeman shift by Helmholtz coil, which coefficient of 87Rb 5S(F = 2) → 5D(F = 4) is −48.9 ± 2.6 kHz/G. After that, we have measured the Rb self-collision shift in a vacuum chamber system, and the linear coefficient is −120±70 Hz/μTorr. On the other hand, For the stability of the frequency-stabilized laser, the Allan deviation can reach 3×10( − 13) within 1000 second of integration time. Finally, we have measured the rubidium 5S1/2(F = 3) → 5D5/2(F′ = 1 ∼ 5) transition, and the results are only ±5 kHz difference with the suggested value of Certificate in Investment Performance Measurement(CIPM).
Appears in Collections:	[Graduate Institute of Physics] Electronic Thesis & Dissertation

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