为了减小锶原子跃迁谱线的多普勒增宽及频移,需要对锶原子进行激光冷却以降低它的速度,而一级冷却只能将原子温度降低至mK量级,这样的原子其速度过大而无法有效地装载至光晶格中,因此必须进行二级冷却。锶原子存在单重态与三重态(5s2)1S0→(5s5p)3P1间互组跃迁,利用与其跃迁波长在689 nm的窄线宽激光对锶原子进一步冷却,可将锶原子团温度降低至μK量级。利用时序有效、准确地控制磁场和光场与原子相互作用时间,通过飞行时间法对锶冷原子温度进行了测算。实验中应用计算机精确控制磁光阱区域中冷原子团下落时间,EMCCD记录冷原子团初始时刻和下落20 ms后的状态。经过分析计算二级冷却温度为4.39 μK,不确定度仅为0.19 μK,二级冷原子团数目约为1.2×107。低温二级冷却锶原子温度及原子数目的获得为锶光钟跃迁信号的信噪比估计提供实验参考,也是实现高精度时间频率标准的前提。

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。

实验观察到来自磁光阱中冷原子团的荧光经真空系统窗口的平板玻璃反射产生的干涉条纹.理论分析表明从从荧光干涉条纹的强度分布中可获得关于俘获原子总数以及密度分布的信息.采用该方法实测了俘获原子总数,并模拟得到了不同密度分布时条纹的对比度变化.