1 上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
基于未来卫星间激光干涉任务的需求，介绍了一种基于迈克耳孙光纤干涉仪稳频的1064 nm激光稳频系统，该系统采用全光纤器件，结构紧凑、体积小、可靠性强。通过拍频测试，得到该系统的频率噪声在30 mHz~1 Hz范围内小于30 Hz/Hz1/2，频率稳定度在积分时间为1 s和1000 s时分别为1.2×10-14和3×10-13。该系统的性能满足LISA任务对稳频激光的需求，有望应用于未来的空间引力波探测任务。
激光光学 稳频 光纤干涉仪 频率噪声 光学学报
2023, 43(19): 1914001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电子技术学院，北京 100049
3 电子科技大学电子科学与工程学院，四川 成都 611731
4 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
射频蒸发冷却作为获取超冷原子简并量子气体的手段之一，对玻色-费米协同冷却的实现至关重要。为了在空间站上实现超冷量子简并气体，设计了一种特殊的射频天线。该天线被置于一个冷原子实验用真空腔内，与腔上集成的冷却、探测、光阱、磁阱、光晶格、Feshbach磁场等装置一同组成了通用型超冷原子物理实验系统，该实验系统满足载人航天工程在尺寸、重量、功耗、可靠性和电磁兼容性等方面的严格要求。利用有限元仿真方法对天线进行设计和评估，并在地面实验平台上对其各项性能指标进行测试和实验验证。结果表明，本设计除了能够降低90%的射频功率需求外，还能维持科学腔的超高真空水平，并具备良好的电磁兼容性，符合载人航天工程的要求。
量子光学 玻色-爱因斯坦凝聚体 射频诱导蒸发冷却 微波 Zeeman效应
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 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
实验参数的优化调整在冷原子实验中是最基础且最重要的工作,优良实验结果的获得离不开实验参数的不断优化。提出了一种基于人工神经网络的超冷原子实验多参数自主优化方案。首先,详细介绍了神经网络结构的设置、自优化的学习策略。然后,将神经网络与全局最优化模拟退火算法相结合搭建了相应的多参数自主优化系统。最后,进行了利用直接蒙特卡罗模拟方法模拟磁光阱中冷原子动力学行为的实验,对所提系统的性能进行了验证。实验结果表明,经过约30 h的优化迭代,所提方案有效完成了对冷原子动力学行为实验系统输入参数的优化,并得到了一个稳定、有效且最优的实验结果。
量子光学 激光冷却 磁光阱 人工神经网络 直接蒙特卡罗模拟 中国激光
2021, 48(24): 2412001
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 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100000
提出了一种利用红失谐高斯光束偶极力实现二维磁光阱长距离传输冷原子束的方案。利用二能级原子所受散射力公式分析并构造了 87Rb原子在光偶极阱二维磁光阱(2D-ODT MOT)中的受力公式,考虑了原子与背景气体碰撞的影响,利用四阶龙格-库塔法求解原子运动方程,获得原子的运动轨迹,统计并求出原子在不同高斯光束失谐以及功率条件作用下进入差分泵浦范围的原子数。实验验证了在红失谐高斯光束与原子束推送光相互组合的4种工作状态下科学实验腔中磁光阱冷原子装载情况。理论与实验结果表明:基于红失谐高斯光束的二维磁光阱长距离传输冷原子束的效果提升显著,科学腔原子装载效率明显提升、原子数目明显增加。
原子与分子物理学 二维磁光阱 光偶极力 冷原子束 直接蒙特卡罗模拟 光学学报
2021, 41(21): 2102001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院量子光学重点实验室, 上海 201800
光晶格钟需要高稳定度的超稳激光, 而超稳激光的频率稳定性受限于超稳腔的热噪声和温度涨落, 因此, 降低超稳腔的温度涨落对于超稳激光的频率噪声达到热噪声极限具有重要意义。分别从时域和频域上分析了达到热噪声极限对超稳腔温度稳定性的要求, 设计了超稳腔控温系统, 其包括一层被动隔热、两层主动控温的超稳腔真空系统和主动控温装置; 找到了超稳腔的零膨胀工作温度; 测量了真空隔热系统的温度传递时间常数(3.6 d); 监测了真空腔内主动控温层11 d的温度涨落(<1 mK)。通过实验测量和理论分析, 在频域和时域上分别计算得到了超稳腔的温度波动, 确定了千秒内的温度涨落引起的频率噪声均在热噪声极限以下。利用磁光阱产生的199Hg冷原子的钟频跃迁光谱测得超稳腔的长期温度漂移为4.2 kHz/d, 符合Hg原子光晶格钟的要求。
激光光学 超稳激光 温度稳定 钟频跃迁 长期漂移
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Key Laboratory of Quantum Optics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Center of Cold Atom Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
We report on the observation of the highly forbidden S10–P30 optical clock transition in laser-cooled Hg199 atoms. More than 95% depletion of cold Hg199 atoms is detected in the magneto-optical trap. Using the free-of-field detection method, the AC Stark shift from the cooling laser is removed from the in-field spectroscopy. At low-power clock laser pumping, the linewidth of the clock spectroscopy is approximately 450 kHz (full width at half-maximum), which corresponds to a Doppler broadening at the atom temperature of 60 μK. We determine the S10–P30 transition frequency to be 1,128,575,290.819(14) MHz by referencing with a hydrogen maser and measuring with a fiber optical frequency comb. Moreover, a weak Doppler-free signal is observed.
020.1335 Atom optics Chinese Optics Letters
2018, 16(6): 060202
