华中光电技术研究所 — 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
光栅外腔半导体激光器在冷原子精密操控等领域具有重要的应用价值。根据87Rb冷原子干涉仪干涉过程的应用需求, 利用光学锁相环技术, 重点开展了自制体布拉格光栅100 kHz外腔种子源的调谐和拍频锁频特性实验研究。进行了电流和温度调谐实验, 种子源输出激光频率的电流调谐系数和温度调谐系数分别为400 MHz/mA和16 GHz/℃; 实现了自制种子源激光频率的拍频锁定, 锁定后种子源的激光频率变化小于500 kHz(峰峰值, 10 s), 12 h功率稳定性优于0.1%(rms), 可满足87Rb冷原子干涉仪各物理过程, 特别是干涉过程的应用需求。
窄线宽激光器 冷原子 外腔激光器 体布拉格光栅 拍频 narrow-linewidth lasers cold atoms external cavity lasers volume Bragg grating frequency-beat
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学物理学院，北京 100049
3 合肥国家实验室，安徽 合肥 230094
4 武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430206
重力梯度仪在资源勘探、地球物理研究、自主导航等领域有重要的应用价值。原子干涉重力梯度仪是一种新型的高精度测量仪器，小型实用化是其实现广泛应用需要解决的核心问题。本文设计实现了1套可测量水平分量的小型高精度原子重力梯度仪。该仪器采用全石英材料真空腔体与附件框架相结合的技术方案，使得探头部分的体积降低到105 L，采用模块化双面光路结构，使得光学单元的体积降低为36 L，因而具有十分优良的可搬运性能。在实验室条件下，该原子重力梯度仪的测量灵敏度为320 E/，测量分辨率为3.3 E@4800 s (1 E=1×10-9 s-2)。
冷原子 重力梯度仪 原子干涉仪 受激拉曼跃迁 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106020
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
本文介绍了用于冷原子样品等效温度测量的简化的飞行时间荧光成像法。将用于激光冷却和俘获原子的冷却光, 代替标准的飞行时间荧光成像法中额外引入的探测光。在铯原子磁光阱基础上,通过进一步采用偏振梯度冷却技术使冷原子等效温度有效地降低。采用简化的飞行时间荧光成像法测量的铯原子气室磁光阱(光学粘团)的等效温度, 典型值为TY≈22.3±2.2K, TZ≈15.4±2.7K(TY≈11.6±1.1K, TZ≈2.8±1.2K)。本文中的简化飞行时间荧光成像方案, 在不牺牲冷原子样品等效温度测量的精度和准确度情况下, 更容易在实验中执行和推广, 对于应用于冷原子微波原子钟、冷原子光频原子钟、冷原子干涉重力仪等量子精密测量领域, 以及采用冷原子样品进一步开展量子光学、量子信息处理等领域的研究工作, 具有积极意义和良好的推广价值。
冷原子温度测量 磁光阱 偏振梯度冷却 光学粘团 简化的飞行时间荧光成像法 temperature measurement of cold atoms magneto-optical trap polarization gradient cooling optical molasses the simplified time-of-flight fluorescence imaging
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国科大杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
相对于传统的780 nm饱和吸收光谱稳频技术,调制转移光谱法具有更高的灵敏度和分辨率。采用调制转移光谱技术将1560 nm分布式反馈激光器经全光纤放大和PPLN晶体高效倍频至780 nm后锁定在Rb 87原子D2线超精细谱线5 2S1/2(Fg=1)→5 2P3/2(Fe=0,1)交叉共振峰上,20 h激光器的频率漂移峰峰值为105 kHz,1 s的阿伦方差为3.7×10 -11,10000 s的阿伦方差为4.6×10 -12。研究了铷泡吸收长度对频率稳定性的影响。针对Rb 875 2S1/2(Fg=1)→5 2P3/2(Fe=0,1,2)吸收峰较弱问题,研究了不同偏振类型的泵浦光和探测光对误差信号的影响。
激光光学 激光稳频 调制转移光谱技术 反馈光 偏振 超冷原子 中国激光
2021, 48(21): 2101003
Author Affiliations
Abstract
National Institute of Metrology, Beijing 100029, China
An ultranarrow bandwidth Faraday atomic filter is realized based on cold atoms. The atomic filter operates at 780 nm on the , to , transition with a bandwidth of 7.1(8) MHz, which is approaching the natural linewidth of the transition. The peak transmission achieves 2.6(3)% by the multi-pass probe method. This atomic filter based on cold atoms may find potential applications in self-stabilizing lasers in the future.
Faraday effect atomic filter cold atoms Faraday laser Chinese Optics Letters
2021, 19(3): 030201
华东师范大学 物理与材料科学学院,上海 200241
本文研究了超冷原子与光腔的耦合系统。一团无相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体囚禁在法布里-珀罗光学谐振腔中,其中两束频率不同的驻波激光场被激发,形成了一个准周期性光晶格。同时,原子受到一个恒定外力作用,外力由原子本身重力提供。本文重点研究了腔场调控下的一维准周期性晶格中的腔动力学和原子动力学。采用平均场理论、绝热近似、襞裂算符等方法,对上述系统进行了数值模拟。结果显示,频率不同的两种晶格的叠加,使势阱的周期性得到破坏,腔和原子的动力学特征均显示出周期性被破坏的现象。此外,我们还从晶格能带的角度进行了分析和解释。原子质心运动与腔驻波场的耦合,使腔内探测光受到影响,这为探测原子动力学提供了有效途径。
布洛赫振荡 冷原子 准周期晶格 光腔 Bloch oscillation Cold atoms quasi-periodic lattice cavity
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
大通量冷原子源是实现高精度冷原子干涉仪的关键技术之一。为获得大通量冷原子源, 通常采用二维磁光阱(2D-MOT)和三维磁光阱(3D-MOT)的级联结构, 其中2D-MOT的磁场分布是影响其性能的重要因素。通过数学建模及有限元分析, 对2D-MOT中不同构造(长方形、跑道形、马鞍形)的反亥姆霍兹线圈进行数值计算, 分析了不同构造线圈的磁场分布及因在制造与装配过程中产生的偏心、线圈不对称、平行度及内径不对称误差造成的磁场零点漂移和磁场梯度变化。分析结果表明, 在偏心误差C<1.14 mm, 线圈不对称误差ΔI<0.016 A, 平行度误差θ<1.02°时, 马鞍形线圈产生的磁场梯度更有利于制备大通量冷原子源。该结果为冷原子干涉仪2D-MOT的磁场系统设计和加工提供了理论指导。
大通量冷原子源 冷原子干涉仪 2D磁光阱 反亥姆霍兹线圈 有限元分析 high flux of cold atoms cold atom interferometer 2D magnetic optical trap anti-Helmholtz coils finite element analysis 红外与激光工程
2016, 45(6): 0618003
量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学光电研究所, 山西 太原 030006
利用电磁感应透明效应(EIT)在87Rb冷原子介质中进行了光学信号存储释放的实验研究。测量了信号光存储效率随冷却系统中再泵浦光功率的变化关系。结果表明:当再泵浦光从零开始增大时,存储效率随之增大而增大;再泵浦光功率超过一定强度时,存储效率开始降低。一个简单的分析说明了上述存储效率与再泵浦光强的关系。
冷原子 电磁感应透明 光学厚度 存储效率 cold atoms electromagnetically induced transparency optical density storage efficiency
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冷原子物理中心, 上海 201800
2 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
报道了一种新的测量大尺度冷原子团温度的方法。这种方法利用反亥姆霍兹线圈产生四极磁场，探测光沿着竖直方向逐点测量冷原子团的分布情况，获得冷原子团在不同自由下落时间下的密度分布曲线，进而拟合出冷原子团的温度值。通过实验，利用这种方法测量了积分球中冷原子团的温度，为73±12 μK，并与飞行时间(TOF)方法的测量结果进行了比较。
原子与分子物理学 激光冷却 飞行时间法 冷原子分布 冷原子温度 冷原子钟
1 中国科学院时间频率基准重点实验室(国家授时中心), 陕西 西安 710600
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
研究了用于锶原子光晶格光钟原子冷却的塞曼减速器，应用增添补偿线圈的方法可以延长减速器的有效减速距离和增大减速器末端的磁场梯度，进而增加一级冷却俘获锶原子的数目，理论分析采用该方法实现的塞曼减速器较使用单一线圈塞曼减速器可以增加31.17%的俘获原子数目; 飞行时间法测量了减速前后原子束中原子的速度分布，原子的最可几速度由380 m/s降为43 m/s，分布线宽相应变窄。荧光法测量俘获原子数目表明在相同实验条件下，应用补偿线圈后磁光阱俘获原子数目从1.26×106提高到1.81×106，增加30.4%。
原子与分子物理学 塞曼减速器 磁光阱 冷原子 atomic and molecular physics cold atoms Zeeman slower magnetic-optical trap
