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，北京 100049
3 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 200120
激光稳频是影响原子喷泉系统性能的关键技术。提出了一种应用于原子喷泉系统的激光稳频优化方案。该方案将激光冷却过程中采用的移频方法应用到稳频系统中，通过光纤电光调制的方法产生边带，并将频率锁定在边带的饱和吸收峰上。同时应用大光斑饱和吸收模块，改善饱和吸收信号和误差信号的信噪比。利用原子喷泉系统主光路的探测光，通过1.035 GHz的移频，实现从饱和吸收峰到饱和吸收峰的转移锁定，并在喷泉系统中观测到冷原子云信号。锁定后的信号可实现较长时间的稳定工作。该方案通过控制电光调制频率，还有望实现激光冷却实验范围内的任意频率锁定，具有重要的应用价值。
原子喷泉 电光调制 移频 饱和吸收 稳定度 光学学报
2023, 43(19): 1914002
1 上海大学理学院, 上海 200444
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 中国科学院微小卫星创新研究院导航卫星研究所, 上海 201203
原子喷泉钟是具有重要应用价值的冷原子装置,紧凑型光学系统设计是研制可搬运冷原子喷泉钟的关键技术之一。介绍了一种以通用铝型材搭建的网格化光学平台,并基于此平台实现了 85Rb喷泉钟紧凑型光路。通过仿真,证明了该型材网格平台在二维方向均具有较好的力学性能。在该平台上,设计并搭建了四倍频移、注入锁定放大、冷却光路、再泵浦光路和探测光路等单元模块,满足了喷泉钟的所有要求。该网格平台面积为50 cm×50 cm,高度为2.5~3 cm。该光路实现了8个月以上的持续运行,功率的起伏小于5%。基于该紧凑型光学系统,完成了后续的 85Rb喷泉钟的物理实验和微波实验。
原子与分子物理学 原子喷泉钟 85Rb 型材网格 光学平台 光学学报
2020, 40(18): 1802001
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, 北京 100049
3 上海大学理学院, 上海 200444
采用低相位噪声频率合成和锁相技术,为世界首台 85Rb喷泉钟研制了低相位噪声微波频率综合器,实现了低相位噪声的钟频信号输出。当该微波频率综合器的频率分辨率为0.7 μHz,输出频率为3.036 GHz时,在傅里叶频率1 Hz,100 Hz和10 kHz处的单边带相位噪声谱密度分别为-97 dBc·Hz -1,-127 dBc·Hz -1和-130 dBc·Hz -1,剩余相位噪声比本机振荡器绝对噪声低20 dB以上。研究了量子散弹噪声和Dick效应,发现在微波链路噪声为主要噪声的情况下, 85Rb喷泉钟的稳定度与目前 87Rb和 133Cs喷泉钟相当。微波系统对 85Rb喷泉钟稳定度的贡献为2.9×10 -13τ-1/2,其中频率综合器的剩余相位噪声贡献为1.2×10 -14τ-1/2(τ为积分时间)。利用该微波综合器,可以实现 85Rb喷泉钟的高稳定运行,并为其性能的提升打下基础。
原子与分子物理学 原子喷泉钟 85Rb 频率综合器 低相位噪声 光学学报
2020, 40(10): 1002001
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
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
A simple improved structure is designed to trap and launch two cold atomic balls vertically at the same time, which works like "two fountains", but is more compact since most components of the "two fountains" are shared. It is expected to improve the stability of the fountain markedly.
原子喷泉钟 激光冷却 频率稳定度 阿兰方差 020.1335 Atom optics 020.7010 Laser trapping 120.3930 Metrological instrumentation Chinese Optics Letters
2011, 9(4): 040201
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
An experiment on measuring the magnetic field in Ramsey interaction region of the atomic fountain clock by detecting the Zeeman frequency shift of 87Rb hyperfine transition is presented. By mu-metal shielding and coils compensating, the magnetic fluctuations resulting from asymmetry and instability are less than 10 and 0.025 nT, respectively. The relative frequency uncertainty of atomic fountain clock caused by the magnetic field is less than 5.4×10-16.
原子喷泉钟 C场 塞曼频移 相对频率不确定度 020.7490 Zeeman effect 120.2650 Fringe analysis 120.3940 Metrology Chinese Optics Letters
2010, 8(6): 549
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 中国科学院研究生院, 北京 100039
对自行研制的激光冷却铷原子喷泉钟的微波谐振腔进行了分析和设计,确定了需要的微波谐振腔基本参数。对影响微波谐振腔共振频率的因素进行了分析和研究,得到了共振频率随环境因素的变化规律。这些对调节微波腔共振频率和提高原子钟的准确度有重要意义。还对研制的微波谐振腔进行了测试,结果表明微波谐振腔的性能满足激光冷却铷原子喷泉钟的要求。由测试结果进一步估算了微波谐振腔引起的横向腔相移。
量子光学 冷原子 微波谐振腔 共振频率 温度 横向腔相移
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
介绍了在准二维磁光阱(2D+-MOT)中获得超冷原子的实验装置及结果。利用四个矩形线圈、四束椭圆形光斑光束加两束圆形光斑激光束,得到准二维磁光阱,它的特点是势阱为长条形,轴向束缚较小,势阱整体体积比较大,因而可以俘获到数目较多的超冷原子。实验中心附近的磁场梯度为1.3×10-3 T/cm,椭圆型光斑的长/短轴为24 mm/7 mm,圆形光斑直径为7 mm,光斑功率分别为18 mW,6 mW。在该势阱中俘获长条形冷原子团的长度为12 mm,直径为1.5 mm,原子数为1.1×107,温度为400 μK。
量子光学 磁光阱 冷原子团 激光冷却
中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验研究室,上海,201800
介绍了用望远镜准直系统提高激光光纤耦合效率的方法，提出对于那些直接耦合效率非常低的系统，利用合适的望远镜准直，耦合效率可以大大提高。激光器为TA100型，1.6:1的望远镜系统使单模光纤的耦合效率达到70%，保偏光纤耦合效率达到67%。介绍了实验中两透镜距离如何影响耦合效率，望远镜系统选取的原则，及将其应用于其他激光器的情况。
激光技术 单模光纤 望远镜系统 耦合效率
