1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学光电研究所，量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
基于铯原子6S1/2-6P3/2-6D5/2（852 nm+917 nm）阶梯型能级结构，以波长为852 nm圆偏振光作为泵浦光，将原子由基态6S1/2布居到中间激发态6P3/2，并将原子介质极化。波长为917 nm线偏振光作为信号光通过极化的原子介质后，其偏振面发生了旋转，从而实现了工作波长为917 nm非线性光学滤波器。实验上详细测量、分析了泵浦光功率、原子气室温度，以及泵浦光与信号光同、反向实验构型对该非线性光学滤波器性能的影响，在优化的实验参数下，该滤波器的峰值透射率可达20%，等效噪声带宽<60 MHz。超窄带宽的光学滤波器在原子钟、自由空间光通信、激光遥感系统等领域具有潜在的应用价值。
滤光器 非线性光学效应 激发态 遥感
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室，光电研究所，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
基于铯原子6S1/2-6P3/2跃迁线，在商用型空心阴极灯中，实现了工作波长为852 nm的法拉第反常色散原子滤光器（FADOF）：当铯空心阴极灯工作电流在 1~4 mA范围内时，可获得单峰、共振的线芯式FADOF；当铯空心阴极灯工作电流在 6~10 mA范围内时，可获得线翼式FADOF。实验上系统测量了工作电流、轴向磁场强度、信号光功率对FADOF性能的影响，优化参数下该滤光器的透射率高达77%。
光学器件 滤光器 磁致旋光 遥感 空心阴极灯
山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
实验研究了铯蒸气中受激简并四波混频(DFWM)产生的一对共轭光束的增益谱。结果表明,在简并二能级跃迁系统中,只有当基态的角动量大于或等于激发态的角动量时,才能发生基于受激DFWM的光放大效应。在考虑原子的所有塞曼子能态后,定性理论分析表明,该过程是在稳定的基态塞曼相干且初始塞曼子能级上有大量原子布居的前提下,基于多个N型跃迁环路实现的。并进一步分析了泵浦功率、原子数密度和单光子失谐等实验参量对DFWM信号增益的影响。此外,研究发现,额外引入一束波长为852 nm的抽运光,可显著提高DFWM的放大效率。
量子光学 光放大 简并四波混频 电磁诱导透明 基态相干 抽运光 光学学报
2021, 41(18): 1827001
1 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
2 山西医科大学基础医学院, 山西 太原 030001
基于铯原子( 133Cs)6S1/2-6P3/2-6D5/2阶梯型原子系统,将波长为852.335 nm或852.356 nm的泵浦光与波长为917.483 nm的探测光反向布局于室温下的铯原子气室中,获得了窄线宽、高信噪比的6P3/2-6D5/2超精细能级跃迁的双共振吸收光谱。利用声光调制器建立的“标尺”,可测得激发态6D5/2超精细能级分裂结构的全部频率间隔,进而得到该态的磁偶极超精细常数Ahfs为(-4.59±0.06) MHz,电四极超精细常数Bhfs为(-0.78±0.66) MHz,这与相关文献报道的结果一致。
原子与分子物理学 超精细能级分裂 双共振吸收光谱 量子相干 窄线宽 激光与光电子学进展
2020, 57(3): 030202
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics and Electronic Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices and Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
An experimental investigation of two-color polarization spectroscopy (TCPS) is presented based on the cesium 6S1/2 – 6P3/2 – 8S1/2 (852.3 nm + 794.6 nm) ladder-type system in a room-temperature vapor cell. The dependency of line shapes of TCPS on the power of a 852.3 nm pump and a 794.6 nm probe laser is measured in detail, and we confirm that the linewidth of TCPS in a counter-propagating configuration between the pump and probe laser beams is obviously narrower than that of a co-propagating configuration, due to the atomic coherence effect. It is helpful for laser stabilization of the excited state transition using TCPS without frequency modulation.
300.6210 Spectroscopy, atomic 020.1670 Coherent optical effects 020.3690 Line shapes and shifts 300.3700 Linewidth Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 093001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices (Shanxi University), and Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 College of Physics and Electronic Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
We demonstrate a magneto-optical trap (MOT) with counter-propagating two-color cooling beams in a cesium 6S1/2 6P3/2 8S1/2 (852.3+794.6 nm) atomic system. Based on the conventional MOT due entirely to the 852.3 nm cooling laser’s scattering forces, we replace one of the six 852.3 nm cooling beams with a 794.6 nm cooling beam. Our two-color MOT can efficiently cool and trap atoms from the red to blue detuning sides of two-photon resonance without pre-cooling. The technique is promising for the direct generation of correlated photon pairs in a two-color MOT based on diamond-configuration four-wave mixing.
020.3320 Laser cooling 020.1670 Coherent optical effects 270.4180 Multiphoton processes 270.1670 Coherent optical effects Chinese Optics Letters
2016, 14(4): 040201
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
外腔谐振倍频是获得397.5 nm 紫外激光的重要方法。搭建了基于周期极化的磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体的半整体谐振腔，对经半导体锥型放大器放大的795 nm 单频连续激光进行谐振倍频。在203 mW 的795 nm 基频光输入条件下，实现了60.4 mW 的397.5 nm 连续单频紫外激光输出，倍频转化效率为30%；在基频光功率约87.5 mW 时，得到最大的倍频效率约为34.6%。倍频紫外光光束质量因子M2优于1.21，光束质量良好，30 min内典型的倍频光功率均方根起伏小于1.9%。该倍频器结构紧凑，具有很好的机械稳定性，可实现紫外激光的稳定输出，可用于产生对应铷原子跃迁线的压缩、纠缠态光场，在量子光学和精密测量等领域发挥重要作用。
激光光学 倍频 半整体谐振腔 PPKTP晶体 半导体锥型放大器 铷原子
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
介绍了基于87Rb原子5S1/2-5P3/2-4D5/2阶梯型能级系统中的双光子偏振光谱。与其他跃迁相比，循环跃迁的信噪比最好。研究了双光子偏振光谱循环跃迁线信号强度随抽运光光强的变化情况。利用双光子偏振光谱，将1529 nm半导体激光器的频率锁定于87Rb原子的5P3/2(F′=3)-4D5/2(F″=4)跃迁线上，当取样时间τ=100 s时阿仑方差最小,为σy(τ)=1.3×10-11。与自由运转相比，该方法显著地改善了1529 nm激光器长期频率稳定度。
激光技术 原子激发态光谱 双光子偏振光谱 稳频 光纤通信激光
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
为了获得高信噪比的电磁感应透明(EIT)谱线，对铯原子6S1/2-6P1/2-8S1/2阶梯型能级系统的EIT谱进行了研究。探测光的频率锁定于基态到中间态的超精细跃迁线上，控制光在中间态到激发态超精细跃迁线之间扫描，得到的EIT谱具有平坦的背景，提高了光谱的信噪比。阶梯型能级系统中光谱信号强度不仅与控制光束和探测光束的传播方向有关，而且与控制光功率有关。最终，获得了高信噪比的EIT谱线。
光谱学 阶梯型原子系统 电磁感应透明 双光子免多普勒效应构型 超精细能级 光学学报
2013, 33(10): 1030003
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
将1560 nm光栅反馈复合腔半导体激光器产生的连续激光注入掺铒光纤放大器，放大至约5 W，分别采用周期极化铌酸锂(PPLN)和周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体单次穿过进行准相位匹配倍频，对应获得约336 mW和210 mW的780 nm激光输出，倍频效率约为7%和4.4%。通过监视倍频光纵模，显示其具有良好的单频输出特性。此外，还扫描测得了Rb原子D2线的吸收光谱，表明780 nm激光的频率调谐范围大于10 GHz。采用无调制偏振光谱技术将1560 nm半导体激光器频率锁定至87Rb 5S1/2(Fg=2)-5P3/2(Fe=3)超精细跃迁线上。相对于自由运转450 s内1560 nm激光频率起伏约4 MHz，锁定后可将残余频率起伏压低至1.5 MHz左右。
非线性光学 倍频 准相位匹配 周期极化铌酸锂晶体 周期极化磷酸氧钛钾
