Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Quantum Optics, The Center of Cold Atom Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We present the long-term stability of the integrating sphere cold atom clock (ISCAC) and analyze its systematic limitations. The relative frequency instability of 2.6×10 15 is reached for an averaging time of 2×105 s. The second-order Zeeman effect and the cavity pulling effect in ISCAC, which would induce the frequency drift from the clock transition, are analyzed. The analytical and experimental results indicate that the cavity pulling effect is the main contribution to the long-term frequency instability of the ISCAC. Further technical improvements to the microwave cavity are also discussed.
020.1335 Atom optics 020.3320 Laser cooling 020.7490 Zeeman effect Chinese Optics Letters
2018, 16(7): 070201
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种积分球冷原子钟冷原子数稳定的新方法。该方法通过周期性地监测冷原子的吸收信号,利用反馈控制冷却激光内声光调制器的衍射效率并改变冷却光功率,实现冷原子数的稳定。推导了冷原子数稳定系统的环路方程,分析了稳定环路对冷原子数涨落的抑制作用。稳定后冷原子数的归一化涨落为1±0.001(3 h),其功率谱密度在0.001~0.2 Hz频率范围内的最大抑制量约为30 dB。该涨落被抑制的原因主要是稳定环路除了直接补偿冷却光激光器输出的光功率变化外,还纠正了外界环境引起的冷原子数漂移。冷原子数稳定之后,由冷原子数涨落引起的原子钟频率稳定度可降低至7×10
-14τ-1/2
(
τ
为积分时间)。
原子与分子物理学 激光冷却 积分球 冷原子数稳定 冷原子钟
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
对积分球冷原子钟(ISCAC)探测光的频率和强度噪声进行了理论分析和实验研究。通过功率稳定和杂散光去除, 探测光相对强度噪声的功率谱密度在高频区域(0.1～10 kHz)最大被压缩了15 dB, 同时探测光频率噪声对ISCAC频率稳定度的影响被降低至9τ－1/2×10－15, 其中τ为积分时间。理论分析结果表明, 目前探测光频率噪声对ISCAC频率稳定度的影响为2.5τ－1/2×10－13。提出了一种减小探测光频率噪声影响的实验方案, 即在钟周期一定时适当增大探测时间。采用这种方法, 可以将探测光频率噪声对ISCAC频率稳定度的影响减小至9.4τ－1/2×10－14。
激光光学 冷原子钟 频率稳定度 探测光噪声
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室， 上海 201800
2 中国科学院大学， 北京 100049
在进行Ramsey作用时，以±π/2的相位差来调制同一频率点处两个周期微波脉冲，可以获得中心频率幅值为零的Ramsey条纹。这种方法可以直接通过中心频率处原子对探测光的吸收值变化来产生反馈本地振荡器的误差信号。理论上，相比于同相位Ramsey条纹，这种方法可以使得条纹信号幅值增加一倍。实验上，在积分球冷原子钟系统上，获得的相位调制Ramsey线型与理论计算相同，而且Ramsey条纹振荡幅值达到同相位下的1.6倍。
原子与分子物理学 激光冷却 积分球 原子钟 冷原子 相位调制 中国激光
2016, 43(11): 1112001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 电子科技大学电子工程学院, 四川 成都 611731
观测到了使用镀银微波腔产生漫反射光场冷却原子的信号，完成了微波腔与积分球一体化的最后一步。这种冷却方式结构更加简单，且没有涂料，不会对微波场场型造成影响，有利于钟信号的信噪比及对比度提高。同时测试了微波腔冷却在不同冷却光注入方案、漫反射系数及腔表面开孔尺寸下的冷却性能。结果表明端面注入冷却光是目前获得更多冷原子数目的方法，提高腔表面的漫反射系数，可以显著提高冷原子数目。为了充分利用积分球内的冷原子，采用了10 mm的通光孔径，测试了不同通光孔径对冷原子信号的影响，证实了目前较大的通光孔径不会影响到冷原子数。
原子与分子物理学 激光冷却 一体化 积分球 微波腔
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 电子科技大学电子工程学院, 四川 成都 611731
首先对一体化的积分球微波腔进行了论证，然后进行了设计、仿真和加工实测。采用单端环耦合的方式进行微波激励，分别对从圆柱腔的端面及侧面耦合的方式进行了仿真，结果发现在圆柱腔侧面耦合能得到较好的场型分布。实现了通过微调耦合环的方式进行模式选择的新方法，这种方法简便易行，且能有效减小微波腔的体积。测试结果表明设计的微波腔体积小、结构稳定，能同时满足积分球冷却和微波腔的功能要求即实现了积分球与微波腔一体化的要求，更重要的是一体化结构不需要使用漫反射涂料，不会影响腔的模式及场型分布，有利于提高钟信号的信噪比和对比度。
原子与分子物理学 激光冷却 一体化 积分球 微波腔
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室冷原子物理中心, 上海 201800
2 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
报道了一种新的测量大尺度冷原子团温度的方法。这种方法利用反亥姆霍兹线圈产生四极磁场，探测光沿着竖直方向逐点测量冷原子团的分布情况，获得冷原子团在不同自由下落时间下的密度分布曲线，进而拟合出冷原子团的温度值。通过实验，利用这种方法测量了积分球中冷原子团的温度，为73±12 μK，并与飞行时间(TOF)方法的测量结果进行了比较。
原子与分子物理学 激光冷却 飞行时间法 冷原子分布 冷原子温度 冷原子钟
