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 合肥国家实验室，安徽 合肥 230088
3 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
利用87Sr光晶格钟与氢钟的频率比对测量了氢钟的频率稳定度。在89%的光晶格钟有效运行率下，经过约10 d的测量得出氢钟的频率稳定度，并由此推导出氢钟噪声模型的相关参数。根据氢钟噪声模型生成的随机噪声序列，对由测量死时间导致的频差进行了 100 次模拟，并以模拟结果的1倍标准差为测量不确定度。不同有效运行率下，氢钟测量不确定度的计算结果表明，由氢钟测量死时间导致的不确定度随有效运行率的增加而减小，且在有效运行率小于10%时，增加总的测量时间可以显著减小测量不确定。
测量 光频测量 氢钟噪声模型 光晶格钟 稳定度 光学学报
2023, 43(13): 1312003
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
光学 精密工程
2022, 30(11): 1337
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
经过近20年的发展,基于光频跃迁的光晶格原子钟展示了优异的频率稳定度和不确定度,是重定义时间单位“秒”的有力候选者之一。随着地面基准光晶格原子钟性能的提升,光晶格原子钟已经成功地走出了实验室,实现了可搬运晶格原子钟并正在研制可在太空中运行的空间光晶格原子钟。本文综述了影响光晶格原子钟稳定度和准确度的关键因素,以及抑制或者消除这些因素的主要技术;并结合国内外的研究成果,综述了地面基准光晶格原子钟、可搬运光晶格原子钟和空间光晶格原子钟的技术特点和研究进展。
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Laser Spectroscopy, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
We report the experimental realization of dark state atoms trapping in a nanofiber optical lattice. By applying the magic-wavelength trapping potentials of cesium atoms, the AC Stark shifts are strongly suppressed. The dark magneto-optical trap efficiently transfers the cold atoms from bright (6S1/2, F = 4) into dark state (6S1/2, F = 3) for hyperfine energy levels of cesium atoms. The observed transfer efficiency is as high as 98% via saturation measurement. The trapping lifetime of dark state atoms trapped by a nanofiber optical lattice is also investigated, which is the key element for realizing optical storage. This work contributes to the manipulation of atomic electric dipole spin waves and quantum information storage for fiber networks.
nanofiber atomic trapping optical lattice dark state Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 020201
1 西安工程大学 电子信息学院, 陕西 西安 710048
2 北京大学 信息科学技术学院, 北京 100871
相位作为光学晶格中玻色-爱因斯坦凝体的波函数中的重要参数, 在实验中无法通过吸收成像或者原位成像从动量空间原子分布中直接得到波函数的相位信息。为了研究一维光晶格中玻色-爱因斯坦凝体相位分布对动量空间原子分布的影响, 建立了深度学习网络模型。首先, 通过理论计算得到的32 000组数据作为训练集和验证集。然后, 在分析波函数的相位特征与动量空间的基础上, 提出卷积循环神经网络模型进行光晶格中超冷原子动量预测的方法。经验证, 模型训练得到的结果与理论求解薛定谔方程得到的结果相差1.76, 相较BP (Back Propagation)神经网络结果, 平均误差降低了83%, 所得结论为机器学习在物理学领域的应用提供了新的思路。
光晶格 玻色-爱因斯坦凝聚 动量分布 机器学习 optical lattice Bose-Einstein condensation momentum distribution machine learning
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
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 长江大学量子光学与信息光子学研究所, 湖北 荆州 434023
2 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
3 长江大学物理与光电工程学院, 湖北 荆州 434023
基于非线性薛定谔方程,研究了具有光格子的局域非线性介质中存在的单通道和多通道多极格子孤子的光场分布、稳定性和动力学行为。研究发现,系统中存在同相和反相2种类型的多通道多极格子孤子;在单通道情形下,只存在反相多极格子孤子,同相的多极格子孤子不存在;在3种类型的格子中,同相多极格子孤子的稳定性最差,而多通道反相多极格子孤子的稳定性最高。在撤去光格子的情况下,3类格子孤子呈现出不同的动力学行为。同相多极格子孤子分裂成相应数目的光束后,或合并成1个光束、或能量重新分配、或周期性碰撞。而反相多极格子孤子分裂后,光束相互排斥,2个边带光束沿直线路径向前传输,且轨迹与原传播方向的夹角相等;在传播常数较小时,可能会出现光束弥散。这些性质对全光路由、全光开关等全光控制技术的研究有一定的参考作用。
光通信 空间光孤子 光格子 光学传输 多极孤子 激光与光电子学进展
2019, 56(2): 020602
