本报讯（记者刘如楠）近日，郑州大学物理学院金刚石光电材料与器件团队理论诠释了光钟频率测量中可能的量子效应，在理论上证明了超辐射激光的优势，为进一步的机制探索提供了有效的理论和数值工具。相关论文在线发表于《物理评论快报》。

原子钟是目前最精确的时钟。它利用原子跃迁发射的电磁波作为频率参考，在相对论物理探索、国家授时、卫星导航等领域得到了广泛应用。

原子钟通常依赖激光对原子的激发以及后续荧光的读出，使用超高稳定激光是提高原子钟精度最直接的方式。传统激光器会受到腔体材料热涨落的影响，而超辐射激光工作在“坏腔”极限，即腔谐振带宽远大于增益介质的光谱宽度下，其输出线宽窄、稳定性高等特点完美契合了原子钟的需求，得到了广泛关注。超辐射激光需要使用非相干泵浦实现原子布局反转，原子与高品质因子光腔建立起集体弱耦合，通过协同自发辐射形成连续的超辐射。为表征超辐射激光作为主动光钟的性能，研究者通常使用外差测量评估频率精度随测量时间的演化。

研究团队首次将随机主方程应用于超辐射激光研究，修改了开源软件包源代码，实现了随机平均场方法的自动推导和求解。

理论研究表明，在未做测量时，超辐射激光来自原子-原子、原子-光子的量子关联，原子系综和光腔未建立宏观的偶极矩和辐射场。在外差测量中，测量反馈作用在系统中引入了初始的随机原子和光学相位，并在随后的动力学中形成了宏观的原子偶极矩和辐射场。相比超辐射脉冲信号，稳态超辐射延长了信号时间，减少了测量“死”时间，使1秒积分时间下的频率误差减少了两个数量级。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.073601