应用于光抽运铯原子钟的小型稳频激光器（英文）

设计了一种应用于光抽运铯原子钟的稳频激光器,用小型化的饱和吸收装置对激光进行稳频,用于产生饱和吸收谱的泵浦光的偏振方向与检测光的偏振方向相互垂直,通过调节激光的偏振方向增大铯原子的跃迁几率.相对于一般简化的饱和吸收装置,小型化的饱和吸收装置产生的用于锁频的参考信号的幅度更大.当激光频率被锁定在铯原子的6S_(1/2),F=4→6P_(3/2),F=5能级跃迁线上时,对激光器的稳定度进行了测量,百秒稳定度为1.88×10~(-11).该稳频激光器的体积较小,有利于光抽运铯原子钟的小型化和工程化应用.     

原子物理的现代实验方法

近半个世纪以来,原子物理学的主要发展在于出现了许多新的实验方法。诸如原子束磁共振,光抽运,光频-射频共振,高分辨率激光光谱学等。这些新的实验方法使原子光谱实验的分辨率,灵敏度以及测量精     

基于飞秒光频梳的双频He-Ne激光器频率测量

利用光纤飞秒光频梳和外腔可调谐半导体激光器, 建立了一套双频He-Ne激光器频率测量系统. 选用铷钟作为系统的频率基准, 通过将外腔半导体激光锁定至光频梳使得其频率溯源至铷钟, 再利用外腔可调谐半导体激光与双频He-Ne激光器输出的正交偏振激光拍频, 同时测量两路正交偏振激光频率. 将可调谐半导体激光器锁定至光频梳第1894449个梳齿, 其绝对频率为473612190000.0±2.7 kHz, 相对不确定度为5.7×10^-12. 对商品双频He-Ne激光器进行频率测量实验, 双频He-Ne激光器水平方向偏振激光频率均值为473612229934 kHz, 竖直方向偏振激光频率均值为473612232111 kHz, 平均时间为1024 s的相对Allan标准差为5.2×10^-11, 频差均值为2.177 MHz, 标准偏差为2 kHz.     

抽运光参数对受激布里渊散射的影响

受激布里渊散射（SBS）系统中,具有一定带宽的抽运激光中会含有一定比例的Stokes散射光成分，此Stokes散射光成分经SBS介质后表面反射后，将形成种子光与抽运光联合入射，构成自种子光式SBS放大器.通过数值求解此SBS放大器型耦合波方程组，探讨了抽运光脉冲中所含Stokes散射光成分的比例、抽运激光波长、抽运光能量大小、入射的聚焦高斯光脉冲脉宽、相互作用时间等激光参数对SBS特征参数（Stokes散射光脉冲波形、材料内部最大应力的时间演化及空间分布、脉宽压缩效果、能量提取效率及Stokes散射光的共轭保真度）的影响.同时发现，SBS过程中产生的超声应力不仅会对SBS介质前表面造成破坏，还可能对焦点附近造成破坏；调整各激光参数还会使焦点附近优于前表面先破坏.数值模拟中采用的抽运光是聚焦高斯光束. 关键词： 受激布里渊散射 斯托克斯散射光 冲击应力 能量反射率     

高密度冷原子云辐射陷获效应造成的荧光减弱现象

实验测量了磁光阱的磁场关断之后的荧光变化,观察到几十ms量级的荧光上升过程. 根据实验条件进行分析,在高密度冷原子云中辐射陷获效应造成额外的非相干抽运光场是造成磁光陷阱紧束缚状态下荧光减弱的原因. 同时还进行了简单的数值模拟,结果表明只有考虑到散射光场的频率重分布效应,计算结果方能与实验符合. 关键词： 冷原子云 辐射陷获 频率重分布     

磁场对光抽运信号的影响

在做光泵磁共振实验时,分别研究了竖直线圈和水平线圈产生的磁场对光抽运信号的影响,并做出了它们之间的关系曲线.由此曲线计算了北京地磁场的垂直分量为(0.0881±0.0015)×10-4T,估算出北京地磁场的水平分量约为0.425×10-4T.同时,这项工作对于区分光抽运信号和磁共振吸收信号也有一定的帮助.     

高能量脉冲光纤激光器荧光特性

高能量脉冲激光器中,高强度的抽运光注入掺杂光纤后会部分转化为荧光,导致抽运效率的降低。基于铒掺杂光纤中铒离子的能级结构,分析了高能量脉冲光纤激光器中荧光的产生机理,采用非线性薛定谔(Nonlinear Schrdinger)方程和能级跃迁模型的速率方程,建立了高能量脉冲光纤激光器中荧光和抽运光的传输模型。通过此模型进行了数值仿真研究,首次深入分析了抽运光和荧光功率沿光纤轴向分布的变化规律,研究了荧光功率、抽运效率与光纤掺杂浓度的关系,并得出了抑制荧光产生、提高抽运效率的方法。数值结果表明:在铒掺杂光纤中,荧光和抽运光分别沿光纤的轴向近似呈指数规律衰减,且荧光的衰减速度比抽运光快;当抽运光功率一定时,铒掺杂光纤在980nm激光抽运下产生的荧光功率比1480nm激光抽运下的低,且980nm激光抽运下产生荧光的阈值比1480nm的高;抽运光功率一定时,铒掺杂光纤中产生的荧光功率随其掺杂浓度的增加而增加,而抽运效率随着掺杂浓度的增加而降低;衰减系数一定时,荧光沿掺铒光纤轴向的衰减速度随增益系数的增加而增加。理论分析的结论与参考文献中的实验结果吻合得很好。因此,为有效抑制荧光产生、提高抽运效率,应选择980nm的激光作为抽运光源,并在激光器的增益一定时尽量降低光纤的掺杂浓度,或者在一定的掺杂浓度下尽量提高增益系数。     

光泵铯蒸气激光的动力学模型

建立了一个物理模型描述了光泵铯蒸气激光的动力学过程和激光机理.结合实验参量,经数值求解该模型,定量分析了抽运光参量、缓冲气压和输出镜反射率等对激光输出功率和光光效率产生的影响,得到了与实验基本一致的模拟结果.表明该模型较好地反映了光泵銫蒸气激光的动力学机理和发射过程,为该类激光的优化设计提供了借鉴和参考.     

提高激光抽运铯原子磁力仪灵敏度的研究

本文报道了一种基于激光抽运射频共振的铯原子磁力仪. 通过圆偏振光将铯原子抽运到暗态, 实现偏极化. 外磁场存在时, 原子磁矩将以拉莫尔频率绕外磁场进动. 在共振射频磁场的作用下, 原子被去极化而重新吸收光子. 通过探测出射光光谱可以测得拉莫尔频率进而得到外磁场的信息. 本文通过运用自制的894 nm 外腔半导体激光器, 建立了激光稳频装置和低噪声磁场测量环境, 实现了一种基于铯原子激光抽运射频共振的磁力仪. 通过磁力仪参数优化以及闭环测量, 磁力仪测量的外磁场达到了19 fT/Hz^1/2的极限灵敏度和1.8 pT/Hz^1/2的本征灵敏度, 空间分辨率小于2 cm. 关键词： 光抽运 塞曼效应 光探测磁共振 磁力仪     

中国物理学会第三届胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训物理奖获奖项目、获奖者和主要贡献(续)

二、饶毓泰物理奖获奖项目:“光抽运铯束频率标准”获奖者:杨东海、王义遒主要贡献:光抽运铯束频率标准是目前时间计量领域的前沿课题,其测量的准确度对现代物理学有重要和深远的影响.本项目在过去研究的基础上,又实现了新的突破.其一是首创了偏置一铯和吸收半导体激光频率锁定法,使半导体激光的频率能够长期稳定准确地锁在设定的原子跃迁频率上;其二是提出并实现了斜入射光检测方案,使半导体激光的频率始终保持在原子跃迁     

Velocity Distribution of Effective Atoms in a Small Optically Pumped Cesium Beam Frequency Standard

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｏｐｔｉｃａｌｌｙｐｕｍｐｅｄｃｅｓｉｕｍｂｅａｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｎｄａｒｄｓ ,Ｄ .Ｈ .Ｙａｎｇｅｔａｌ.ｈａｖｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｅｗｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｃｈｅｍｅｕｓｉｎｇａｓｈａｒｐａｎｇｌｅｉｎｃｉｄｅｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｌａｓｅｒｔｏｎａｒｒｏｗｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｔｏｍｓ[1,2 ] .Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｌａｓｅｒｂｅａｍ ,ｗｈｉｃｈｗａｓｆｒ…     

激光冷却铯原子喷泉频标的黑体辐射频移

研究了激光冷却铯原子喷泉频标的黑体辐射频移（包括黑体辐射塞曼频移和黑体辐射斯塔克频移）,推导了频移的计算公式,估算了室温下频移及其不确定度的大小,分析了黑体辐射频移对频标准确度的影响。结果表明：１）室温下黑体辐射塞曼频移可达１０＾－１５量级,在评定铯原子喷泉频标准确度时,需要对此项频移加以修正;２）在利用直流斯塔克效应估算黑体辐射斯塔克频移时,由直流极化率常数ｘ的测量误差导致的黑体辐射斯塔克频移的     

Velocity Distribution of Effective Atoms in a Small Optically Pumped Cesium Beam Frequency Standard

In this paper, the velocity distribution of effective atoms in a small optically pumped cesium beam frequency standard has been achieved from the Fourier transforms of the experimentally recorded Ramsey patterns. The result fits well with the theoretical calculation. The second order Doppler shift correction of the small cesium atomic clock is obtained from the velocity distribution of effective atoms.     

Ultrastable cesium atomic clock with a 9.1926-GHz regeneratively mode-locked fiber laser

We describe an ultrastable cesium (Cs) atomic clock with a 9.1926-GHz regeneratively mode-locked fiber laser obtained by use of an optically pumped Cs beam tube. By adopting a 1-m-long Cs beam tube with a linewidth of 110 Hz, we have successfully obtained frequency stabilities of 4.8 x 10(-12) for tau = 1 s and 6.3 x 10(-13) for tau = 50 s for a 9.1926-GHz microwave output signal. This Cs atomic clock can generate an optical pulse train with the same stability as that of the obtained microwave, which allows us to deliver a frequency standard optical signal throughout the world by means of optical fiber networks.     

激光二极管相对于铯饱和吸收D2线的无调制扰动三次谐波锁频

将频率调制加在声光调制器上 ,用三次谐波探测法获得了铯原子D2 线的三阶微分饱和光谱。采用这种激光器无调制扰动方案结合三次谐波锁频技术 ,实现了 85 2nm的分布布拉格反射器半导体激光器相对于 6S1/2 F =4- 6P3 /2 F′ =5超精细跃线的频率锁定。由锁定后的频率误差信号估算 ,10s内激光频率起伏小于± 35 0kHz ,相对频率稳定度约 1× 10 -9。这种无调制扰动方案可以消除一般的饱和吸收稳频方法中由于直接对激光器进行频率调制而带来的额外频率噪声 ;三次谐波锁频技术的应用 ,还可有效地降低铯原子饱和吸收谱中剩余多普勒背景的影响     

LD泵浦的Nd:YVO_4激光器被动式产生近似无衍射绿光

使用连续式输出的砷化镓半导体激光器泵浦的掺钕钒酸钇激光器作为光源,利用磷酸氧钛钾晶体腔内倍频产生波长为532nm的绿光,通过轴棱锥产生了近似无衍射贝塞尔光束。推导了倍频产生的绿光的场分布,并模拟了倍频绿光经过轴棱锥产生的近似无衍射光束的轴向光强分布图和截面光强分布图。通过实验拍摄了距离轴棱锥不同位置的截面光强分布,测量了无衍射贝塞尔绿光的最大无衍射距离和中心光斑直径,实验数据与理论模拟基本吻合。实验结果说明所述方法产生的倍频无衍射绿光具有良好的光束质量,具有应用价值。     

时间频率基准装置的研制现状

时间频率基准装置——铯原子喷泉钟, 在标准时间产生和保持、基础物理研究中发挥了重要的作用. 介绍了铯原子喷泉钟的工作原理, 对影响其性能的各项噪声源和频移项给出了分析, 影响频率稳定度性能的主要因素为Dick 效应相关的原子团装载时间、微波激励源相位噪声和探测激光的频率噪声, 影响频率不确定性能主要频移项为: 黑体辐射频移、冷原子碰撞频移、腔相位分布频移和微波泄露频移; 总结和比较了当前具有先进性能的铯原子喷泉钟采用的技术; 介绍了铯原子喷泉钟的主要应用方向、空间冷原子铯钟的研制情况和光学频率原子钟进展.     

用于全光铯原子磁力仪的激光器稳频技术研究

全光铯原子磁力仪是采用光学的方法实现微弱磁场检测,激光频率稳定性直接影响磁力仪的灵敏度。分析了二向色性原子蒸气激光频率锁定(Dichroic atomic vapor laser lock DAVLL)技术用于稳定激光器频率的原理,及其在全光原子磁力仪中的应用优势,发现通常的二能级原子模型不适用于分析铯原子D2线的稳频。实验测量了不同磁场下铯原子D2线基态Fg=4和Fg=3跃迁的DAVLL光谱,发现16mT是实现DAVLL稳频的最佳磁场;在此磁场附近,基态Fg=4跃迁鉴频曲线零点相对于Fg=4→Fe=5跃迁会产生6MHz/mT的线性频移,基态Fg=3跃迁鉴频曲线零点相对于Fg=3→Fe=4线会产生-9MHz/mT的线性频移。     

声光偏频亚多普勒光谱无调制激光频率锁定

将激光器锁定到合适的参考频率标准上 ,可以有效地改善激光器的频率稳定性。采用两个声光调制器(AOM) ,使铯原子D2 线饱和吸收光谱分别发生Ω±Δ绝对频移 ;通过改变射频压控振荡器 (RFVCO)的Vf 端口直流电压调节相对频移间隔Δ ,当相对频率间隔选择合适时两信号相减得到了类色散型鉴频曲线。实验中实现了85 2nm光栅外腔半导体激光器相对于铯原子D2 线6S1/2 F =4 6P3 /2 F′ =5超精细跃迁线 (中心频率ν0 )的无调制偏频锁定 (锁定后中心频率ν0 +Ω ,偏频量为Ω)。由闭环锁定后的误差信号估计 ,5 0s内典型的频率起伏小于± 2 70kHz ,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏 14MHz有显著的改善。该方法可避免对激光器直接进行频率调制的常规饱和吸收锁频方案所引入的额外频率噪声和强度噪声。     

旋转镜鼓式热像仪的光雷达回波特性

 旋转镜鼓式热像仪对光场的扫描主要由镜鼓来完成，在激光束的照射下，镜鼓棱及其邻域的后向散射不可避免地给散射光引进了一个附加的多普勒频移。对平行光束经热像仪后的动态回波特性进行分析研究，提出了一种测量光束多普勒频移的方法，并建立了相应的实验系统。实验结果与理论分析是一致的，为判别热像仪的工作方式提供了一种可能的方法。