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 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100000
提出了一种利用红失谐高斯光束偶极力实现二维磁光阱长距离传输冷原子束的方案。利用二能级原子所受散射力公式分析并构造了 87Rb原子在光偶极阱二维磁光阱(2D-ODT MOT)中的受力公式,考虑了原子与背景气体碰撞的影响,利用四阶龙格-库塔法求解原子运动方程,获得原子的运动轨迹,统计并求出原子在不同高斯光束失谐以及功率条件作用下进入差分泵浦范围的原子数。实验验证了在红失谐高斯光束与原子束推送光相互组合的4种工作状态下科学实验腔中磁光阱冷原子装载情况。理论与实验结果表明:基于红失谐高斯光束的二维磁光阱长距离传输冷原子束的效果提升显著,科学腔原子装载效率明显提升、原子数目明显增加。
原子与分子物理学 二维磁光阱 光偶极力 冷原子束 直接蒙特卡罗模拟 光学学报
2021, 41(21): 2102001
1 黄冈师范学院,湖北 黄冈 438000
2 中国科学院国家授时中心,陕西 西安 710600
真空锁频系统是实现激光稳频的重要组成部分,在该系统中产生高分辨互组跃迁荧光谱((5s2)1S0→(5s5p)3P1)是分析原子谱线相关特性及精确测量跃迁频率等参数的前提。本文通过将装载有毛细管的准直器置于锶炉内,从源头减小原子束的发散角,将原子束的发散角减小至31 mrad。即减小原子束的横向速度,进而减弱光与原子作用的一阶多普勒频移,实验最终得到分辨率较高且线宽为26 MHz的互组跃迁荧光谱。锶原子互组跃迁荧光谱特性的相关研究对于光晶格原子钟锁频系统的建立具有重要意义,因此本文从实验上探讨并分析了锶炉温度和激光光强等因素对互组跃迁荧光谱的影响。
荧光谱线 原子束准直器 互组跃迁 锶原子光钟 fluorescence spectroscopy atomic beam collimator intercombination transition strontium optical clock
航天工程大学 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
基于激光冷却与囚禁原理的原子阱痕量分析技术, 可以对氪的放射性同位素进行高灵敏度检测, 在地球物理与环境科学领域具有广泛应用。塞曼减速器可用于产生连续低速的原子束流, 是原子阱痕量分析系统中的关键部件之一。采用永磁体设计的塞曼减速器组装和调试方便, 磁场强度稳定, 且不需要恒流电源和冷却装置, 因此获得了越来越多的关注和研究。文中基于环形永磁体设计了一种用于氪原子的塞曼减速器, 通过有限元分析得到了减速器磁场的空间分布, 根据设计参数制造了环形永磁体塞曼减速器, 测量了轴线上的磁场分布。减速器长度51.2 cm, 有效减速区域长度46.9 cm, 实测磁场与理论减速磁场最大偏差小于3.6 G, 平均偏差1.3 G。进一步模拟了原子束流在设计磁场和实测磁场下的减速过程, 并分析了磁场的径向变化对于原子束流减速的影响规律, 结果表明: 当原子束流直径小于20 mm时, 该塞曼减速器可将初速度最大为250 m/s的氪原子减速至50 m/s。
塞曼减速器 激光冷却与囚禁 永磁体 原子束流 氪 Zeeman slower laser cooling and trapping permanent magnet atomic beam Krypton 红外与激光工程
2019, 48(5): 0520004
1 浙江大学 物理学系, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学 先进技术研究院, 浙江 杭州 310027
在原子干涉仪、原子陀螺仪等精密测量的领域中, 最基本也是最重要的一步就获得冷原子, 而当实验需要连续和高重复性的测量时, 对于冷原子的装载就会要求有更快的速率。为了能更快的装载冷原子, 就需要一束高通量、低速的冷原子束。在实验上实现了87Rb原子的二维冷却磁光阱(2D-MOT)的冷原子束, 其对3D-MOT的装载率为2.8×109 atoms/s。该系统基于87Rb原子2D-MOT+push beam方案, 选择了红失谐为20 MHz功率为50 mW的两束入射冷却光, 在冷却光入射到真空腔之前使用扩束系统将其光斑扩束成短轴为25 mm、长轴为75 mm的椭圆形光斑, 在冷却光入射真空腔之后在真空腔的另一端用镀了四分之一波片膜的反射镜来得到对射的激光。
磁光阱 冷原子束 2D-MOT+push MOT cold atomic beam 2D-MOT+push 红外与激光工程
2019, 48(5): 0506003
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
3 清华大学精密测量联合实验室, 北京 100084
4 中国科学院空间科学与应用研究中心太阳系探测研究室, 北京 100190
采用蒙特卡罗方法对基于制备低速浓密原子源(LVIS)产生的三维磁光阱(3D MOT)冷原子束过程进行模拟和系统性能参数优化。在Matlab软件中产生位移满足均匀分布，速度满足麦克斯韦波尔兹曼分布的107个原子，通过仿真计算得到冷原子束的纵向速度分布和原子通量等关键参数。当冷却光光强为3 mW/cm2，失谐量为5Γ时，模拟得到的原子束的纵向最概然速率为8 m/s，速度分布的半峰全宽(FWHM)约为2 m/s。模拟和实验研究了原子束最概然速率和通量随冷却光光强和失谐量变化的关系，结果表明冷却光失谐量为影响冷原子束速度分布和通量的主要因素，而冷却光功率在达到一定饱和强度后对原子束性能影响不大。
原子与分子物理学 冷原子束 低速浓密原子源 蒙特卡罗
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
我们在实验上基于铯原子的2D+磁光阱获得了通量为8.5×1010原子／s、平均速度与速度分布分别为16 m／s与4 m／s、空间发散角为25 mrad的冷原子束流,通过相敏的飞行时间法对原子束流的通量进行了准确测量,并对背景原子气压、推送光功率以及冷却光失谐等参量对原子束流的影响进行了实验研究与分析。
2D+磁光阱 高通量 原子束流 相敏的飞行时间法 2D+magneto-optical trap high flux atomic beam phase-sensitive time-of-flight method
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
1 中国计量学院 计量测试工程学院，杭州 310018
2 清华大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
3 同济大学 上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室，上海 200092
为了研究52Cr原子以外其它同位素对铬原子束横向位置分布的影响，采用蒙特卡罗方法对3孔预准直狭缝条件下的1维激光冷却进行了理论分析。由分析可知，在区分52Cr原子和其它同位素条件下，原子束横向位置分布的基底会有所增加，每一部分原子束的特征值也有明显的变化,中心部分原子束中心最大值有9.5%的降低，半峰全宽有2.9%的增加；两侧每一部分原子束的中心最大值有25%的增加，半峰全宽略有增宽。结果表明，其它同位素的区分与否对中心部分原子束的中心最大值和半峰全宽影响很小。
激光技术 激光冷却 蒙特卡罗方法 铬原子束 laser technique laser cooling Monte Carlo method Cr atomic beam
1 中北大学， 仪器科学与动态测试教育部重点实验室， 山西 太原 030051
2 清华大学精密仪器与机械学系， 精密测试技术及仪器国家重点实验室， 北京 100084
3 中国计量科学研究院清华大学精密测量联合实验室， 北京 100084
应用荧光法和飞行时间(TOF)法实现了冷原子束纵向速度谱、通量及原子能态分布的在线检测。设计用于荧光收集的光学系统和机械结构，实现了焦距可微调的即插即用式荧光检测装置，实现了冷原子束检测系统的集成性和检测结果的高信噪比(SNR)。利用LabView软件实现对光电倍增管(PMT)、飞行时间法检测时序及检测激光的扫频范围等的控制，可在线得到原子束性能参数，并对数据进行平滑处理。检测结果表明，检测系统检测信号的信噪比为571(在20 ms内)。
原子与分子物理学 冷原子束 飞行时间法 荧光法 能态检测
1 中国计量学院 计量测试工程学院, 杭州 310018
2 同济大学 物理系，上海 200092
3 桂林电子科技大学 电子工程学院， 桂林 541004
为了研究铬原子经过波长为425.55nm 1维高斯激光驻波会聚作用后的沉积情况，采用原子与激光相互作用的原子轨道方法和波动方法两种理论模型进行了3维仿真。结果表明，同一激光功率条件下，两种方法的仿真条纹在激光束方向上都具有相同的周期性，在垂直激光束方向上具有非常相似的延展性，即随着激光功率的增加，原本的一条仿真条纹会逐渐分裂开来，由于原子波动性的影响，波动方法仿真的条纹中还有明显的干涉边峰，这种现象随着激光功率的增加而变得更加明显。这些仿真结果为实验提供了更加丰富的理论指导。
激光技术 激光会聚 原子束 原子波包 纳米光栅 laser technique laser-focusing atomic beam atomic wave-packet nano-grating
