近日，中国科学院国家授时中心张首刚和云恩学研究员带领的原子钟研究团队基于前期高性能CPT原子钟研究，进一步提出小型化“完美差分”CPT原子钟，展示了电磁诱导透明（EIT）与吸收（EIA）并存的钟跃迁信号，在保持较高质量因子（钟跃迁频率与其线宽之比）前提下，差分CPT信号的信噪比大幅提升，为高性能CPT原子钟的小型化提供了可行方案。

图1. CPT原子钟构型，（左） “完美差分”原始构型;（右） “完美差分”小型化构型。

 该团队为兼顾实现频率稳定度性能优异且体积较小的CPT原子钟，先后研究提出了两种构型的CPT原子钟实现方案（见图1）。其中小型化方案利用相向传播的泵浦和探测光与原子相互作用，同时产生EIT和EIA共存的量子共振，透射光经平衡探测器即可得到差分CPT（DIF-CPT）信号。

图2,“完美差分”钟跃迁信号及预期频率稳定度。（左），新构型中观测到的EIT（蓝色）、EIA（绿色）和差分信号（红色）；

（右）预期频率稳定度。

团队成功观测到成镜像对称的EIT、EIA共振信号，以及差分DIF信号，如图2左所示。相对EIT或EIA，差分信号DIF噪声可减小至仅为十分之一。经计算，相比基于单独的EIT或EIA实现的CPT原子钟，基于DIF信号实现的CPT原子钟短期频率稳定度预期提升一个数量级，秒稳达到1.6E-12水平，如图2右所示。 该方案保留了“完美差分”CPT信号对比度大、共模噪声抑制比高的主要优点，同时极大简化系统装置，有利于研制小型化高性能CPT原子钟，为体积、重量、功耗和成本有严苛要求而又需要精密时间的应用提供实现方案，如微纳卫星、无人机、水下潜航器、微PNT等。

研究成果以题为《Noise suppression by differential detection of simultaneous electromagnetically induced transparency and absorption in counterpropagating bichromatic light》发表于期刊New Journal of Physics。该文章第一作者为中国科学院国家授时中心李青林博士。该研究是与中国科学院精密测量科学与技术创新研究院顾思洪研究团队合作完成的。