铯原子磁光阱中冷原子的缀饰态光谱

在磁光阱中的铯原子由于冷却光的存在将被缀饰化。借助于波长为852.3 nm(对应于铯原子6S1/2F=4→6P3/2F′=3和6S1/2F=4→6P3/2F′=4超精细跃迁)和794.6 nm(对应于铯原子6P3/2F′=5→8S1/2F″=4超精细跃迁)的探测光的透射光谱分别对磁光阱中冷原子基态6S1/2F=4和激发态6P3/2F′=5在冷却光作用下形成的缀饰态分裂进行了实验研究,并分析了其光谱特性。结果表明,在冷却光强度、失谐量相同的实验条件下,基态、激发态的缀饰分裂间距相同,与缀饰态理论预言一致。     

光致原子解吸附对冷原子磁光阱装载的动力学研究

在获得光致原子解吸附(light-induced atom desorption,LIAD)效应的基础上,从理论和实验方面分析了LIAD对铯原子磁光阱装载的动力学过程的影响,特别是背景原子对磁光阱的影响.通过实验获得了不同光强和照射时间下关闭解吸附光后磁光阱中铯原子的衰减过程,理论模型定量地描述了背景铯原子造成压强的变化及其对最终平衡态下真空度的影响.该研究对中性原子的长时间俘获,有效控制磁光阱中原子的装载过程具有重要意义. 关键词： 光致原子解吸附 磁光阱 激光冷却与俘获     

磁光阱中超冷钠-铯原子碰撞的实验研究

研究了磁光阱中异核超冷钠铯原子的碰撞机理, 测量了超冷钠原子的碰撞损失率, 得到了钠-铯原子的碰撞损失系数β_Na-Cs与钠原子俘获光强度之间的关系. 利用多普勒模型计算了不同俘获光强度下的钠原子磁光阱的阱深, 得到了临界光强的理论值, 与实验结果符合得较好.     

采用偏振光谱对外腔半导体激光器稳频时反馈环路带宽的影响

在采用磁光阱实现单个铯原子俘获的实验中, 运用无调制偏振光谱方法将光栅外腔半导体激光器(提供冷却/俘获光)的频率锁定在铯原子6S1/2 F=4→6P3/2 F′=5的超精细跃迁线上.采用偏振光谱技术得到的类色散曲线作为鉴频信号, 并同时对光栅外腔半导体激光器的电流调制端口和光栅外腔的压电陶瓷电压调制端口进行反馈, 以拓展反馈环路的带宽, 实现激光器的频率锁定.与通常的饱和吸收光谱稳频技术相比, 激光频率锁定之后的频率稳定度得到了明显改善.在取样时间τ=300 s时, 阿仑方差σy(τ)=4.6×10-12.     

用吸收法对铯原子磁光阱中冷原子数目的测量

介绍了吸收法测量冷原子数的原理以及对铯原子气室磁光阱中俘获的冷原子数目的测量过程及结果. 与通常的荧光收集法相比，在原理上与静止二能级原子同共振单模光场作用的模型更加接近，同时大大减小了测量中的误差累积，提高了测量精度. 测得的冷原子数为(8±0.3)×10⁶，同时还利用测得的阱中俘获的稳态冷原子数和磁光阱中冷原子的寿命间接获得了磁光阱的俘获率. 关键词： 激光冷却与俘获 磁光阱 冷原子数目 俘获率     

三维光学晶格中铯原子的装载与冷却

建立了四光束的三维光学晶格势场,在铯原子磁光阱和光学粘团的基础上实现了红失谐三维光学晶格中冷原子的装载.借助于短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度,通过改变光学晶格的总光强和频率失谐等条件,对光学晶格中铯原子的亚多普勒冷却以及光学晶格中冷原子的寿命进行了研究. 关键词： 光学晶格 磁光阱 光学粘团 冷原子     

用短程飞行时间吸收谱对铯磁光阱中冷原子温度的测量

介绍采用短程飞行时间吸收谱测量铯原子磁光阱(MOT) 中冷原子温度的基本原理及实验实现.与通常的飞行时间方法不同，采用短程飞行时间吸收谱来测量MOT 中冷原子云的温度.在MOT 区域正下方若干毫米处入射一束圆柱状共振探测光束(实验中对于h=3mm，5mm，8mm的情况均作了研究)，释放冷原子云，在其膨胀和自由下落过程中穿过探测光束，即可由光电探测器测得飞行时间吸收谱，由此推得MOT中冷原子的温度. 关键词： 磁光阱 冷原子 飞行时间 短程飞行时间 铯原子     

应用于铯原子喷泉钟的二维磁光阱研制

理论模拟研究了二维磁光阱原子束流量与饱和蒸汽压、冷却光强、激光失谐量的关系, 构建了二维磁光阱(2D-MOT)装置, 实验上实现了大流量的慢速原子束, 其测量值为2.1× 10⁹/s.利用荧光法测量了各实验参数与流量的关系, 测量结果与数值模拟结果符合较好. 关键词： 2D-MOT 流量 慢速原子束 铯原子喷泉钟     

超低频调制光缔合光谱的实验研究

通过激光冷却技术在磁光阱中俘获原子数约107,温度约200 μK,直径约400 μm的超冷铯原子,利用超冷铯原子光缔合方法制备了激发态的超冷铯分子。实验研究了光缔合光不同扫描速率对铯分子振转光谱分辨率的影响,发现光缔合光扫描速率较慢时,铯分子振转光谱分辨率较高。通过高灵敏的雪崩光电探测器探测冷原子荧光,获得了超冷铯分子第一激发态6S_1/2+6P_3/2离解限0-_g长程态高分辨振转光谱。为了实现受控拉曼光缔合制备超冷基态分子,光缔合激光频率需要锁定在原子-分子共振跃迁线,对超冷原子光缔合光谱进行了超低频波长调制,通过改变调制幅度和调制频率获得最优化的一阶微分信号,将该信号反馈回激光器,实现闭合环路稳频,满足了受控拉曼光缔合制备振转能级可控的基态分子的实验要求,该工作对研究受限空间中的超冷原子分子具有很重要的意义。     

基于振幅调制的超冷铯原子高分辨光缔合光谱的实验研究

基于振幅调制的超冷铯原子高分辨光谱的实验研究，用相对于铯分子6S_1/2+6P_3/2离解限红失谐的光缔合激光作用于磁光阱中超冷铯原子，观察到通过光缔合产生的激发态超冷分子.在实验中，为了得到高信号-噪声比的光缔合光谱，利用声光调制器对俘获光进行振幅调制，将探测到的超冷铯原子的荧光信号利用lock-in技术解调.同时利用密度矩阵方程系统地分析了实验结果.     

大失谐连续输运激光情形下双磁光阱中冷原子的输运

在我们建立的铯原子双磁光阱实验装置上,采用连续激光将气室磁光阱中冷却并俘获的冷原子输运到超高真空磁光阱.在前期利用近共振弱光研究原子输运的工作基础上,我们将输运激光的负失谐量扩展到约2.0 GHz,并增大了输运光功率,对冷原子的输运作了实验研究.结果表明:在大负失谐情形下,较强的输运光使冷原子输运更为有效,归因于输运光束对原子的偶极力造成对冷原子的导引作用.     

利用光致原子解吸附实现磁光阱中单原子的高概率快速装载

基于390 nm紫光诱导的光致原子解吸附效应,实现了大磁场梯度磁光阱中少数原子快速和高概率的装载。实验中通过开启390 nm紫光使吸附在真空气室内壁上的原子解吸附,从而有效地增加了背景铯原子数密度,降低了大磁场梯度磁光阱中原子的装载时间,同时研究了磁光阱中装载的原子数目对紫光参数的依赖关系。利用这种全光学控制的方法,最终获得了磁光阱中装载一个原子、两个原子、三个原子的概率分别为98.0%,95.0%,80.1%,这对于下一步利用光学手段实现远失谐光学偶极阱中单原子高概率快速的装载以及利用空间光调制器扩展偶极阱阵列,实现偶极阱阵列中每个阱中单原子快速高概率装载具有重要意义。     

弱射频场中Rydberg原子的电磁感应透明

在铯原子室温蒸气池中研究了弱射频场中Rydberg原子阶梯型三能级系统的电磁感应透明(EIT)效应.铯原子基态6S_(1/2)、第一激发态6P_(3/2)和Rydberg 48D_(5/2)态形成阶梯型三能级系统,探测光共振作用于6S_(1/2)(F=4)→6P_(3/2)(F′=5)的跃迁,耦合光在Rydberg跃迁线6P_(3/2)(F′=5)→48D_(5/2)附近扫描,形成Rydberg原子EIT.当对铯原子施加一个80 MHz的弱射频电场时,48D_(5/2)Rydberg原子的EIT光谱发生Stark频移和分裂,同时产生由射频场调制Rydberg能级的偶数级边带,测量结果与Floquet理论模拟的结果相符合.同时,改变弱射频电场的频率研究了铯Rydberg能级的自电离效应对Rydberg原子Stark谱的影响,据此,我们提出将电极板置于铯原子蒸气池内的方案以减少自电离效应的影响.在弱射频Stark谱中,mj=5/2的Stark谱与mj=1/2,3/2的二级边带形成多个能级交叉,这些能级交叉点提供了一种基于原子的精确校准射频电场的新方法.     

EIT增强色散及光速减慢的实验研究进展

EIT(Electromagnetic induced transparency)导致的光速减慢(Slow light)、光信号存储等现象使人们有可能驾驭自然界最迅速而又难以捉摸的能量形式,为量子信息的存储与提取带来了方便,因而在量子信息处理中有极大的应用潜力,对于量子信息和量子计算的发展具有重要意义. 我们在国家海外杰出青年基金(69928504),国家自然科学基金(69978013)以及山西省青年科学基金(20001016)的支持下开展了Cs原子的EIT实验及理论研究.在常温Cs原子汽室中探测到由原子相干布居导致的60%电磁感应透明凹陷以及在透明凹陷区较大的色散增强现象,通过色散曲线推测到探针光在Cs原子汽室中光速减慢了1/418倍. 实验中我们使用两台带宽小于2MHz的可调谐外腔反馈半导体激光器作为探针光和泵浦光,分别将其调谐于铯原子D2线的超精细能级跃迁(62S1/2,F=3→62S3/2,F′=4)线附近和锁定于共振跃迁(62S1/2,F=4→62S3/2,F′=4)线上,并使探针光与泵浦光同向传输经过Cs原子汽室消除多普勒效应的影响.探针光和泵浦光功率分别为4.7μW和264μW.实验结果表明,由于EIT效应,使探针光在Cs原子汽室中的传输速度得到较大的减慢.由探针光在原子汽室中的色散曲线斜率得到在共振频率处Cs原子的折射率系数变化为δn/δω=1.89×10-13Hz-1,从而得知光在原子汽室中群速度的降低值. 与此同时,我们也观察到在非共振区Cs原子吸收增强效应.这一效应导致原子出现反常色散现象,预示着光在原子汽室中速度有所增加.目前我们正在通过对探针光进行强度调制来完成光速减慢以及增快的直接测量.     

二维磁光阱产生铯原子束的数值模拟

通过分析铯原子在σ+-σ-组态的圆偏振光照射下塞曼子能级的分布情况,构造铯原子在二维磁光阱(2D-MOT)中的受力模型,利用龙格-库塔方法求解铯原子的运动方程,实现原子束产生过程的三维模拟。得出原子束流量随小孔半径、铯原子蒸汽压、激光光强、激光失谐量、磁场梯度等的变化规律。与实验数据进行比较表明受力模型的正确性, 该方法能直观模拟原子束的产生,准确揭示原子束流量随各项参数的变化规律,为实验提供理论指导。     

高通量冷原子束流的实现与测量

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.     

超冷铷铯极性分子振转光谱的实验研究

利用激光冷却俘获技术在双暗磁光阱中获得高密度的超冷铷原子和铯原子,通过光缔合方法制备超冷铷铯极性分子.采用共振增强双光子电离技术探测基三重态a³∑⁺的铷铯分子,产率约为10⁴/s.通过改变缔合光频率,获得（2）0⁺,（3）0^-,（2）0^-等分子态的高分辨振转光谱,拟合得到相应的转动常数分别为0.00349 cm^-1,0.00649 cm^-1,0.00372 cm^-1.     

基于磁悬浮大体积交叉光学偶极阱的Dimple光阱装载研究

三维拉曼边带冷却后的铯原子样品装载于一个磁悬浮的大体积交叉光学偶极阱中, 继续加载一个小体积的光学偶极阱后, 实现了Dimple光学偶极阱对铯原子的高效装载. 对不同磁场下磁悬浮大体积光阱的有效装载势能进行理论分析与实验测量, 得出最优化的梯度磁场和均匀偏置磁场, 获得了基于磁悬浮大体积光阱的Dimple光学偶极阱的装载势能曲线, 实现了Dimple光学偶极阱对经拉曼边带冷却后俘获在磁悬浮的大体积光阱中的铯原子样品的有效装载. 比较了Dimple光学偶极阱分别从拉曼边带冷却、大体积的交叉光阱和消除反俘获势后的磁悬浮大体积光阱装载的结果, 将俘获在磁悬浮大体积光阱中的铯原子样品装载到Dimple光学偶极阱, 铯原子样品的密度提高了约15倍.     

二维磁光阱产生铯原子束的数值模拟

通过分析铯原子在σ~+-σ~-组态的圆偏振光照射下塞曼子能级的分布情况,构造铯原子在二维磁光阱(2D-MOT)中的受力模型,利用龙格-库塔方法求解铯原子的运动方程,实现原子束产生过程的三维模拟.得出原子束流量随小孔半径、铯原子蒸汽压、激光光强、激光失谐量、磁场梯度等的变化规律.与实验数据进行比较表明受力模型的正确性,该方法能直观模拟原子束的产生,准确揭示原子束流量随各项参数的变化规律,为实验提供理论指导.     

用短程飞行时间谱对铯MOT温度的测量以及铯MOT中冷原子吸收光谱研究

介绍采用短程飞行时间(Time-of-flight:TOF)吸收谱测量铯磁光阱(MOT)中冷原子云温度的实验方案和结果.MOT中冷原子的温度是一个非常重要的参数.与通常的飞行时间荧光谱方法不同,我们采用短程飞行时间吸收谱来测量MOT温度.在MOT区域下方h处打一束柱状探测光束(实验中我们对于h = 2 mm～8 mm的情况作了对比研究),释放冷原子云后在其膨胀和自由下落过程中穿过探测光束即可测得TOF吸收谱,由此可推知MOT温度.在直径约15 mm的六束冷却与俘获光每束8 mW功率、相对于铯D2线Fg=4 - Fe=5冷却循环跃迁红失谐约10 MHz、四极磁场轴向梯度约11 Gauss/cm的条件下,由h = 3 mm时典型的短程TOF吸收谱推得相应的冷原子温度约70 μK,低于铯原子多普勒冷却极限TD=125 μK.此外,在冷却光及repumping光均开启的情况下,我们还对于MOT中冷却与俘获的铯原子的吸收光谱进行了研究,并使用Dress原子模型作了相应的分析.