1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 中国科学院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
从量子力学原理出发, 结合光钟的锁定算法, 分析了光钟输出频率噪声的产生机制; 并以钙离子光钟为例, 用蒙特卡洛方法在计算机上模拟了光钟运行, 获得光钟的稳定度, 且在同样参数下, 与实验测得的稳定度进行了比较, 结果表明两者具有较好的一致性。同时, 通过修改光钟运行中的参数, 研究了反馈周期内每个频率点探测离子次数N、增益系数g及激光的线性漂移对光钟稳定度的影响。结果表明光钟的秒稳对每个反馈周期内探测离子的次数N不敏感; 且在g> 0.45时, 稳定度开始变差; 此外, 相对于钟激光的线性漂移, 量子投影噪声对稳定度起主导作用。本研究提出的模拟光钟运行的方法能方便地应用到其他离子与原子光钟上, 可对不同实验参数下光钟的稳定度进行评估。
量子光学 稳定度 蒙特卡洛方法 光频比对 quantum optics stability Monte-Carlo method optical frequency comparison
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院波谱与原子分子物理国家重点实验 室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学, 北京 100049
在光频标的实验中, 射频场所引入的微运动会对系统频率测量产生很大的误差。即使在实验前将微运动补偿至最佳状态, 但实验过程中随着杂散电场的漂移, 微运动的影响又会逐渐显现, 需要不断地补偿才能减小其影响。针对该问题, 在线形离子阱系统中利用氧化铟锡导电玻璃对真空系统进行优化, 以抑制离子阱杂散电场的漂移。通过测量和计算得出优化后杂散电场漂移值为 1.63 μV·m－1·s－1, 约为优化前结果 57.7 μV·m－1·s－1 的 1/40, 使得在长时间实验的过程中微运动的影响可以忽略不计, 实验的有效时间得以显著增加。
光频标 离子阱 导电玻璃 微运动 杂散电场漂移 optical frequency standard ion trap conductive glass micromotion stray electric field shift
1 中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院武汉物理与数学研究所原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学, 北京 100049
介绍了一种简单的激光器频率锁定方法,该方法直接将多路激光器频率锁定到波长计。为了测量激光频率的锁定效果,当频率锁定时,利用参考于氢钟的飞秒光梳测量其频率。研究结果表明:锁定到波长计的548 nm光纤激光器的频率抖动在1 MHz以内,阿仑方差在20 s时可达到5×10
-11;397 nm和866 nm可调谐半导体激光器的频率抖动在±5 MHz以内,长期漂移速度小于2 MHz/h。
原子与分子物理学 激光稳频 光频标 囚禁离子 波长计
1 中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院武汉物理与数学研究所,中国科学院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学, 北京 100049
单模保偏光纤因其优良的保偏特性而被广泛应用。在冷原子精密测量领域,光路搭建过 程中用光纤引导激光到不同的实验平台以实现激光功率的合理分配,光纤入射端光偏振匹配不好会 导致输出光功率发生严重抖动。以397 nm激光为例介绍了如何使空间传输的线偏振激光的偏振方向与 保偏光纤的双折射轴匹配。在光纤输出端放置一个偏振器,通过旋转偏振器可将光纤输出光的功率抖动控制在5%左右。
纤维与波导光学 单模保偏光纤 偏振匹配 功率稳定 偏振器 fiber and waveguide optics single-mode polarization-maintaining fiber polarization matching power stabilization polarizer
1 中国科学院武汉物理与数学研究所,波谱与原子分子物理国家重点实验室,湖北 武汉 430071
2 中国科学院武汉物理与数学研究所,中国科学院原子频标重点实验室,湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学,北京 100049
4 国防科学技术大学,湖南 长沙 410073
在钙离子光频标实验研究中,为了保证钟跃迁谱线的测量精度和光频标的锁定 精度,方便自动控制实验进程,研究了基于LabVIEW的数字波形法结合数据采集卡产生多通道脉冲信号的方法。该方法采用多路数字信号序列同步 输出的方法,由板卡的板载硬件时钟源作为定时器,通过编程从计数器/定时器输出频率连续的矩形脉冲输入到采 集卡作为控制各路数字波形输出的同步时钟,数字信号输出过程的数字通道样本输出率可达1 MHz,脉冲宽度的 精度可稳定达到1 μs,上升延迟小于50 ns,而且多路脉冲都以同一个计时起点开始,因此具有很好的分辨率、 同步性和稳定性。
激光技术 多通道脉冲时序 板卡时钟 高性能 自动控制 laser techniques multi-channel virtual pulse sequence LabVIEW LabVIEW card clock high-performance automatic control
1 中国科学院武汉物理与数学研究所， 湖北 武汉 430071
2 中国科学院武汉冷原子物理中心， 湖北 武汉 430071
3 中国科学院研究生院， 北京 100049
商用的半导体激光器由于其长期漂移大，不能满足单离子光频标中离子的激光冷却和长时间探测的目的。因此，采用了传输腔稳频技术减小商用397 nm半导体激光器的长期漂移。利用经过Pound-Drever-Hall (PDH)技术锁定的729 nm超稳激光器作参考激光，采用扫描的法布里珀罗(F-P)干涉仪作传输介质，实现了397 nm半导体激光器的长稳锁定。稳频后397 nm激光器在1 h内的漂移小于1 MHz，100 s的Allan方差小于1×10-10。这些指标为下一步利用传输腔技术实现866 nm激光的长稳锁定打下了基础，同时为优化单个钙离子的激光冷却和长时间精密测量提供了条件。
激光技术 长稳锁定 传输腔稳频 半导体激光器
1 中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室,湖北 武汉 430071
2 中国科学院研究生院,北京 100049
囚禁汞离子的光微波双共振实验是开展汞离子微波频标的实验基础。 二级Zeeman效应是影响频率稳定度和 磁场效应的重要因素之一。利用光学微波双共振方法测量了囚禁199Hg+离子基态Zeeman分裂。通过减小微波扫描的 频率范围,得到钟跃迁频率和谱线线宽。采用磁屏蔽材料(坡莫合金)对离子阱囚禁区域的磁场进行屏蔽。 使得囚禁汞离子的钟跃迁谱线的线宽减小到1.5 Hz。相对于无磁场屏蔽时,钟跃迁频率减小13.5 Hz, 并利用二级Zeeman效应估算出磁屏蔽后离子囚禁区域磁场大小为0.1高斯。
光谱学 囚禁汞离子 磁场效应 线宽 spectroscopy trapped Hg+ ions magnetic effect linewidth
1 中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与离子分子物理国家重点实验室,武汉,430071
2 中国科学院研究生院,北京,100049
在Paul阱中产生并选择囚禁了单一的Ar2+离子,得到低能Ar2+与Ar的电荷转移速率系数为5.84(0.677)×10-10 cm3·s-1及其零氩气压强下的离子衰减速率为0.46 s-1,为下一步进行多电荷离子的亚稳态寿命研究提供了有价值的实验参考数据.
Paull离子阱 选择囚禁 低能多电荷离子 电荷转移 衰减速率 原子与分子物理学报
2007, 24(3): 471
1 中国科学院武汉物理与数学研究所, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院武汉冷原子物理中心, 湖北 武汉 430071
3 中国科学院研究生院, 北京 100039
市售的商用半导体激光器由于其线宽宽、抖动和漂移大等缺点, 不能满足离子阱中单个钙离子的激光冷却和精细测量实验的要求。因此, 制作了一台可调谐的Littrow结构的半导体激光器(ECDL)。该激光器的自由光谱程为1.5 GHz, 通过精细调节光栅的角度, 激光的波长可以覆盖775～785 nm。该激光器的线宽约为2.5 MHz, 抖动为3～4 MHz, 30 min内的漂移约为50 MHz, 这些指标优于商用的DL100半导体激光器, 为下一步用于单个钙离子的激光冷却和精细测量所需要的397 nm和866 nm激光器的制作提供了条件。
激光技术 半导体激光器 Littrow结构 可调谐
中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室,武汉430071
利用氯的渗透性质，向超高真空系统中充入高纯度氯缓冲气体，可以降低离子阱中囚禁离子的运动速度，减小二级多普勒频移，增加离子的存储时间，提高线型离子阱微波频标的稳定度。实验上得到了氯气渗透的实验参数、特性以及对系统真空度的影响、实现了用温度调节精确的控制充入氯气的分压强。
线型离子阱 冷却离子 渗透 缓冲气体 碰撞冷却 氮漏 原子分子物理实验 Ion trap Buffer gas Helium leak Collision cooling 原子与分子物理学报
2004, 21(2): 199
