1 西安航空学院 理学院，西安 陕西 710077
2 西安科技大学 理学院，西安 陕西 710054
采用解析法对Nd:YAG单晶光纤激光器热效应相关的光纤温度场分布进行研究。建立了Nd:YAG单晶光纤热模型，在单晶光纤所满足的边界条件下通过解析求解热传导方程，得到在高功率808 nm泵浦光抽运下产生946 nm激光的单晶光纤温度场分布，并与传统Nd∶YAG激光晶体的温度场进行比较，然后分别与同泵浦条件下的有限元数值方法的分析结果进行研究对比，最后分析泵浦光参数、单晶光纤参数等对温度场的影响。结果表明，功率为86 W的泵浦光入射至单晶光纤端面的最高温升仅为30.98 ℃，明显优于同泵浦条件下传统Nd∶YAG晶体的端面温升结果94.37 ℃，与有限元数值法得到的Nd:YAG单晶光纤19 ℃温升结果相比，该解析法结果更接近于实验的测量值31 ℃，能够更精确描述晶体光纤温度场。本文可对单晶光纤激光器热效应的精确研究提供一定参考，进而有利于提高单晶光纤激光器的性能。
光纤激光器 单晶光纤 解析法 温度场 fiber laser single crystal fiber analytic method temperature field
为优化用于冷原子装载的三维光晶格囚禁势阱, 提出一种一体式结构且具有腔增强效果的三维光晶格系统。基于激光与原子的相互作用理论, 对用于碱土金属88Sr冷原子囚禁的光晶格势阱进行研究, 通过对Lamb-Dicke参数η的讨论得到该势阱束缚能力对阱中原子的作用效果, 当η＜＜1时, 原子被强束缚, 与载波跃迁相关的拉比辐射值最大, 边带激发跃迁被抑制。通过使一束入射激光在多个特殊角度设置的反射镜之间传播, 实现3对激光之间相互正交的三维光晶格。研究结果表明, 在实现相等势阱深度的前提下, 该三维光晶格系统所需激光功率仅为传统晶格系统激光功率的1/15, 此时势阱深度最大值为86 μK, 对温度在几个或十几μK量级的锶冷原子囚禁是非常有效的, 并得到晶格轴向上的囚禁频率约为158 kHz, 相应的η为017。此外, 还表明晶格光场偏振态对该三维光晶格势阱的稳定性分布具有明显的影响, 可通过使各维度光束的偏振相互垂直, 消除干涉引入的负面影响。该一体式三维光晶格能够降低对原子本身的干扰, 有利于准确捕捉晶格势阱中, 被囚禁原子的内部信息。该研究为实现高效光晶格装载冷锶原子及其它碱土金属原子提供理论参考。
激光 光晶格 一体式结构 腔增强 激光相位 laser optical lattice integrated structure cavity enhancement laser phase
1 西安航空学院 理学院, 陕西 西安 710077
2 西安科技大学 理学院, 陕西 西安 710054
为了实现激光二极管端面泵浦Nd∶YAG晶体温度场的精确计算, 在晶体端面导热边界条件下建立热模型。首先根据热传导方程, 以解析分析理论为基础, 应用常数变易法和特征函数法, 在考虑晶体端面存在热交换情况下, 计算得到808 nm激光泵浦Nd∶YAG圆棒晶体的温度场分布, 分析了泵浦激光功率、光束半径及超高阶次等因素对晶体温度场分布的影响。分析结果表明: 当功率为60 W、光斑半径为04 mm的泵浦光作用于半径为15 mm, 长度为5 mm的Nd∶YAG圆棒晶体时, 该晶体内部最高温升出现在泵浦端面中心处, 最高温升为4263 K, 得到晶体的热透镜焦距为27298 mm。由于在计算中考虑了空气的导热作用对晶体温度场分布的影响, 更符合实际情况, 因此结果能更真实反映晶体内部温度场的分布情况。本文研究为精确分析相关激光晶体的温度场分布提供了指导, 并为激光器性能的优化提供了理论依据。
激光 晶体温度场 解析法 Nd∶YAG圆棒晶体 热效应 laser crystal temperature field analytic method Nd∶YAG rod crystal heat effect
1 西安航空学院 理学院 物理系, 西安 710077
2 西安科技大学 理学院 物理系, 西安 710054
为了研究碱土金属类的中性锶原子在多普勒冷却激光场中的冷却特性, 从Heisenberg方程出发, 采用激光冷却理论分析得到锶原子在能级跃迁(5s2)1S0~(5s5p)1P1 1维驻波激光光场和3维磁光阱中冷却效果与激光强度、失谐量等冷却激光场参量的关系。结果表明, 当锶原子处在1维驻波激光光场中且在弱激光光场、频率小失谐条件下, 锶原子所受耗散力与这两个参量呈线性关系, 但当两个参量增长至一定程度时耗散力呈现饱和现象; 当锶原子在3维磁光阱中且当阱中激光光场的频率失谐为-16MHz时, 碱土金属锶原子有最低冷却温度, 约为0.76mK。对多普勒冷却光场中性锶原子特性的分析为其它碱土金属类原子的冷却研究提供了一定的理论指导。
激光技术 冷锶原子特性 激光多普勒冷却 碱土金属 laser technique characteristics of cold Sr Doppler laser cooling alkaline-earth metal
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 中国科学院大学， 北京 100039
3 中国科学院时间频率基准重点实验室， 陕西 西安 710600
研究了基于相干布居囚禁(CPT)现象的平行线偏振相干激光所激发的87Rb原子，并获得了对比度较高的CPT共振信号。实验结果表明，平行线偏光激发方案是一种很有前途的能替代传统双色圆偏振光激发原子的实施方案。该方案结构简单，功耗小，有较好的用于高稳定度小型化CPT原子钟的前景。
物理光学 高对比度原子钟 相干布居囚禁 线偏振光 圆偏振光 光学学报
2015, 35(s1): s102002
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室量子频标研究室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
锶原子(5s2)1S0-(5s5p)3P1互组跃迁自然线宽远窄于其单态间的(5s2)1S0-(5s5p)1P1偶极跃迁，在光频标中有着实际的应用。为获得该跃迁线的高质量光谱，从理论上分析了利用毛细管准直的热原子束中，锶原子(5s2)1S0-(5s5p)3P1互组跃迁荧光光谱的谱线增宽因素，包括多普勒增宽、激光线宽、饱和增宽和渡越增宽。利用不同准直度的原子束实验获得了该互组跃迁的荧光谱和饱和荧光谱，较高准直的原子束获得荧光谱线宽仅为6.5 MHz，与饱和荧光谱的兰姆凹陷线宽(1.7 MHz)在同一个数量级上，大大减小了谱线的一阶多普勒增宽。通过对频率直接调制将激光器锁定在该谱线上，锁定后激光的线宽约为0.72 MHz。
激光光谱 谱线增宽 互组跃迁 原子束准直
