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 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
在各向同性激光冷却原子实验中，光场分布是影响冷原子分布的重要因素，可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构，并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的光场分布进行了仿真。仿真结果表明，与自由空间光入射相比，激光由光纤入射能够获得更均匀的准二维分布的光场，因此可以通过调节光纤的入射角度及光纤参数，实现对光场均匀度的优化。此外，随着腔体边长的等比放大，腔内光功率密度呈负指数幂衰减。扁平形漫反射腔形状接近二维，在准二维分布的光场和特殊的扁平形腔体结构的作用下，能够获得呈准二维分布的冷原子，在量子传感及量子精密测量领域具有重要的应用前景。
光场仿真 漫反射 准二维光场 各向同性激光冷却
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 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 101408
介绍了一种应用于空间超冷原子物理实验平台的二维磁光阱光机系统的集成优化设计方法，可获得高通量冷原子束流以满足后续三维磁光阱中冷原子的高装载率。二维磁光阱激光系统的主要光路包括冷却光、重泵光、推送光和缓冲光。首先，利用Zemax软件对光学系统进行设计和优化，使得成像系统的点列图均方根(RMS)半径均小于艾里斑，而且光学系统的调制传递函数(MTF)与衍射极限传递函数非常接近，系统具备优良的光学性能。在此基础上，利用Solidworks软件仿真完成了高稳定度、简单化、小型化光机结构的设计。针对4路光同时输入一个光机口的难题，提出了V-GROOVE光纤设计方案，进一步提高了所有光机组件的集成度。该系统在工程化的基础上实现了装载率约为1.89×108 /s的连续冷原子束流。
量子光学 二维磁光阱 激光冷却 原子装载 Zemax软件 Solidworks软件 中国激光
2022, 49(11): 1112001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A self-comparison method with closely interleaved switching states is analyzed and used to evaluate some type-B uncertainties of an Rb87 atomic fountain clock. Free from additional frequency reference, the method can be applied to a running fountain to reach a precision beyond its uncertainty. A verification experiment proves an uncertainty of 9.2×10 16 at an averaging time of 242500 s. Further, the method is applied to measure light shift, and no visible relative frequency shift is found in the fountain within the uncertainty of 2.1×10 15. When applied to the evaluation of a cold collisional shift, the result gives a 2.2×10 15 shift with a 9.5×10 16 uncertainty.
020.1335 Atom optics 120.3940 Metrology Chinese Optics Letters
2016, 14(8): 081201
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Quantum Optics, Center for Cold Atom Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Science, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We report a locking mode in which the local oscillator (LO) is locked to an atomic fountain and calibration of the residual frequency drift (RFD). In this running mode, the locked LO outputs a standard frequency signal, and a short-term fractional frequency stability of 2.7×10 13τ 1/2 is achieved. Due to the frequency drift of the LO in free running mode, a systematic frequency bias, or RFD, exists after being locked by the atomic fountain. We analyze and measure the RFD with a value of 3(2)×10 16. A sectionalized post-process method is adopted to calibrate the RFD.
120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology 270.0270 Quantum optics 120.3940 Metrology Chinese Optics Letters
2015, 13(9): 091201
郑州大学物理工程学院 材料物理教育部重点实验室， 河南 郑州 450001
采用激光熔覆技术，在A3钢表面进行了Ni60合金粉末添加(MoO3+B2O3)的熔覆实验。使用金相显微镜、扫描电镜、电子能谱和X射线衍射仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析，讨论了(MoO3+B2O3)加入量对熔覆层组织、裂纹敏感性的影响,并测试了涂层硬度及摩擦性能。结果表明，通过对工艺参数及(MoO3+B2O3)含量的优选，可以获得无裂纹、无气孔且与基底呈冶金结合、质量良好的熔覆层，其组织为BMo2C,Cr23C6和Ni4B3的共晶体分布在γ-Ni固溶体基体中。与纯Ni60熔覆层相比，虽然其硬度稍有降低，但耐磨性却有较大提高,因而适量(MoO3+B2O3)的加入能抑制涂层中块状CrB脆性相的产生，形成细小的网状共晶体，使得涂层组织均匀细化，且韧性成分提高，从而涂层的韧性提高、裂纹敏感性降低。
激光技术 激光熔覆 显微组织 裂纹敏感性 耐磨性
郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室, 河南 郑州 450052
利用激光熔覆技术, 在A3钢表面制备出了原位生成TaC颗粒强化的镍基复合涂层。使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析, 并测试了熔覆层显微硬度及摩擦性能。结果表明, 在适当的工艺条件下, 激光熔覆制备原位生成TaC颗粒增强镍基复合涂层成形良好、表面光滑, 涂层与基体呈现良好的冶金结合。熔覆层组织由原位生成的TaC颗粒相+Cr3C2与γ(Cr-Ni-Fe-C)的枝状共晶相+γ(Cr-Ni-Fe-C)基体组成。由于TaC颗粒强化相的形成及其均匀弥散分布, 既提高了涂层中的强化相比例, 又细化了组织, 使得TaC/Ni60激光熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31100), 与纯Ni60熔覆层相比, 耐磨性提高4倍。
激光技术 激光熔覆 原位生成TaC 显微组织 耐磨性
郑州大学物理工程学院教育部材料物理重点实验室, 河南 郑州 450052
激光熔覆技术是金属材料表面强化和改性的有效方法之一。利用该技术,在A3钢表面激光熔覆预置涂层,成功制备出了原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层,并进行了硬度、摩擦性能测试,X射线衍射(XRD)和显微组织分析。扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析结果表明,原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层与基材呈现良好的冶金结合,熔覆层的组织为先共晶析出的树枝晶(Cr,Fe碳化物相)和原位生成的NbC颗粒相均匀分布在γ(Ni Fe)基体中。硬度测试和摩擦磨损实验表明,激光熔覆原位生成NbC颗粒增强镍基复合涂层平均硬度高达HV0.31200,耐磨性是纯Ni60激光熔覆层的2.5倍。分析认为,其硬度和耐磨性提高的原因在于涂层中形成了大量的、原位生长的NbC颗粒增强相,且均匀分布于基体中。
激光技术 激光熔覆 原位生成 碳化铌 显微组织 耐磨性
