1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室 陕西 西安 710600
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 中国科学院大学天文与空间科学学院 北京 100049
光钟在时间保持、精密测量、暗物质探测等方面有广泛的应用。可搬运光钟研制是光钟的重要方向,它是不同类型光钟比对以及引力红移测量的重要设备。研制用于冷原子制备的可搬运冷却光源是实现可搬运光钟研制的关键。本文主要介绍了可搬运锶光钟二级冷却光源的研制。首先,通过Pound-Drever-Hall稳频技术将半导体激光器锁定在超稳腔上,实现了用于锶光钟二级冷却的689 nm窄线宽稳频光源,其线宽优于 263 Hz,频率秒稳定度优于1.56×10-14。另外,利用注入锁定技术制备了两台同等性能的光源,分别用作二级冷却阶段的俘获光和匀化光。整个光学系统集成在一个0.56m2的光学面包板,通过光纤与真空系统耦合,整体可搬运。利用该稳频光源,实验上制备了数目为2×106,温度为5.3K的二级冷却原子团,这为下一步进行光晶格原子装载和钟跃迁谱探测奠定了基础。
可搬运锶光钟 二级冷却 立方体腔 可搬运稳频光源 transportable 87Sr optical lattice clock the second-stage cooling cubic cavity the transportable frequency stabilized laser sourc 量子光学学报
2023, 29(2): 020201
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
在87Sr空间光晶格钟原理样机上实验观测了原子碰撞对谱线激发率抑制以及对谱线的展宽，并观测到由非弹性碰撞导致的原子损耗。通过简单地将原子数从6000减小至2000，实现了线宽为1.9 Hz的钟跃迁谱线，并将空间光晶格钟原理样机的稳定度提升至1×10-15（τ/s）-0.5。相关实验结果对研究光晶格的多体相互作用对钟跃迁谱线的影响具有重要意义。
原子与分子物理学 空间光晶格钟 钟跃迁谱线 相互作用 自比对稳定度
1 中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
主要介绍了可移动锶原子光晶格钟的系统研制和钟跃迁谱线探测。光钟系统采用尺寸为120 cm×50 cm×60 cm的小型化物理系统,通过光纤将模块化的子光路系统与物理系统连接。经过一级461 nm激光和二级689 nm激光冷却后,得到原子数目为1.02×10 6、原子温度为5.45 μK的冷原子团。利用具有“魔术波长”的晶格光实现 87Sr的一维光晶格装载,晶格寿命为434 ms,晶格中原子温度为4.63 μK。在具有超窄线宽的698 nm钟激光探测下,得到边带可分辨的钟跃迁谱、窄线宽简并谱、自旋极化谱及拉比振荡曲线。经钟激光探询后,得到的自旋极化谱的谱线线宽为11.79 Hz,接近傅里叶探测极限的理论值,为可移动光钟的闭环工作提供了频率参考。
原子与分子物理学 可移动
87Sr光钟 小型化光钟 一维光晶格 钟跃迁谱线探测
1 中国科学院国家授时中心 时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 中国科学院大学 天文与空间科学学院，北京 100049
为了实现87Sr原子光钟的闭环运行，根据将超稳激光频率锁定在钟跃迁超精细能级自旋极化谱双峰中间的锁频原理，设计和实现了锶原子光钟闭环控制系统。首先，详细分析了87Sr原子光钟闭环运行的具体需求, 包括冷原子制备及钟跃迁探测、闭环锁定等阶段中所需要的控制信号及其时序; 然后，根据该需求设计了时序控制和频率控制的物理系统; 最后，利用LabVIEW虚拟仪器开发平台和NI硬件系统设计了87Sr原子光钟的闭环运行的自动化控制程序。实验结果显示，采样时间为3 000 s的光钟频率稳定度为5.7×10-17，拟合得到的环内稳定度为5×10-15/τ1/2，表明该控制系统的精度符合锶原子光钟的闭环运行要求。
锶原子光钟 闭环 控制系统 稳定度 虚拟仪器. strontium optical clock closed-loop auto-control system frequency instability virtual instrument 光学 精密工程
2018, 26(10): 2546
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于分布函数理论,分析了Zeeman减速器中截止速度对蓝磁光阱装载的影响,研究了Zeeman减速器中截止速度与蓝磁光阱俘获原子数目之间的关系,对比了分布函数理论和通用理论两种模型的拟合结果,结果表明,分布函数理论模型能更好地描述两者之间的关系。利用多匝Zeeman减速器对进入蓝磁光阱的热原子束进行减速,制备了锶光钟的冷原子样品。在光钟系统研制中,利用分布函数理论对Zeeman减速器进行了优化设计,提高了Zeeman减速器的工作效率,为实现更高效更紧凑的Zeeman减速器及光钟小型化提供了参考。
原子与分子物理 激光冷却 Zeeman 减速器 速度分布 截止速度
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室， 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学， 北京 100049
以磁光阱中的锶冷原子为介质，对三重态双耦合场下的伞型结构电磁诱导透明(EIT)效应进行了实验观测。对实验中涉及到的抽运激光采用Pound-Drever-Hall稳频技术和注入锁定技术，对弱探测光进行功率稳定，提高了实验的观测精度。实验结果证明,耦合光的失谐量对三重态EIT有较大影响，且该EIT线形是两个Λ型结构EIT线形的简单叠加。
原子与分子物理学 量子光学 电磁诱导透明 原子相干 三重态
Author Affiliations
Abstract
1 CAS Key Laboratory of Time and Frequency Primary Standards, National Time Service Center, Xi’an 710600, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We report experiments on the observation of the S01 P03 transition spectrum of Sr88 in the Lamb-Dicke regime. After going through a two-stage magneto-optical trap (MOT), Sr88 cold atoms with number of about 1×105 and a longitudinal temperature of 8.4 μK are loaded into a one-dimensional (1D) optical lattice, which is realized with a semiconductor laser at 813.4 nm. Using the magnetic field-inducing P13 state mixing into P03 state, the spectroscopy of the S01 P03 transition with a linewidth of 180 Hz is detected.
020.7010 Laser trapping 140.3320 Laser cooling 020.1335 Atom optics 020.3320 Laser cooling Chinese Optics Letters
2015, 13(10): 100201
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 中国科学院大学，北京 100049
目前光钟的稳定度和不确定度均已进入10-18量级。介绍了中国科学院国家授时中心的锶原子光晶格钟的研究情况。以锶原子四种同位素中自然丰度最大的88Sr为研究对象，依次实现了88Sr的一级冷却和二级冷却。为消除一阶多普勒频移和反冲频移对冷原子运动的影响，充分发挥原子极窄钟跃迁谱线线宽的优点，冷原子被囚禁于光晶格中。而由光晶格导致的原子能级频移的问题可被“魔术”波长解决，对锶原子光钟，光晶格波长为813.4 nm。实验中采用功率放大的半导体激光器输出“魔术”波长激光，通过一维驻波光场搭建将88Sr装载进一维光晶格中。测量得到囚禁于光晶格中的冷原子寿命为270 ms，温度为3.5 μK，数目为1.2×105。光晶格囚禁为下一步的钟跃迁信号提供了较长的探测时间并且有利于获得极窄线宽的钟跃迁谱线，因此是光钟研制中很重要的一步。
量子光学 时间频率基准 冷原子 光晶格 钟跃迁 光学学报
2015, 35(s1): s102001
1 中国科学院国家授时中心,陕西 西安 710600
2 中国科学院时间频率基准重点实验室,西安 710600
3 中国科学院大学,北京 100019
为了减小锶原子跃迁谱线的多普勒增宽及频移,需要对锶原子进行激光冷却以降低它的速度,而一级冷却只能将原子温度降低至mK量级,这样的原子其速度过大而无法有效地装载至光晶格中,因此必须进行二级冷却。锶原子存在单重态与三重态(5s2)1S0→(5s5p)3P1间互组跃迁,利用与其跃迁波长在689 nm的窄线宽激光对锶原子进一步冷却,可将锶原子团温度降低至μK量级。利用时序有效、准确地控制磁场和光场与原子相互作用时间,通过飞行时间法对锶冷原子温度进行了测算。实验中应用计算机精确控制磁光阱区域中冷原子团下落时间,EMCCD记录冷原子团初始时刻和下落20 ms后的状态。经过分析计算二级冷却温度为4.39 μK,不确定度仅为0.19 μK,二级冷原子团数目约为1.2×107。低温二级冷却锶原子温度及原子数目的获得为锶光钟跃迁信号的信噪比估计提供实验参考,也是实现高精度时间频率标准的前提。
飞行时间 二级冷却 冷原子团 温度 time-of-flight the second stage cooling cooling atoms beams temperature
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
在热原子束中利用锶原子互组跃迁塞曼子能级构成的V型能级结构，通过荧光观测实验研究了互组跃迁中的原子相干效应。对互组跃迁简并能级构成的V型能级结构的电磁诱导透明(EIT)效应进行了理论计算，且详细分析了耦合光失谐、线宽和拉比频率对互组跃迁EIT效应的影响。实验测量了不同耦合光失谐和功率条件下的互组跃迁电磁诱导透明效应。
量子光学 电磁诱导透明 原子相干 互组跃迁
