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     

近共振三维光学晶格中铯原子温度的参数依赖

介绍了四光束三维近共振光学晶格的方案,在铯原子磁光阱和光学粘团的基础上搭建了近共振光学晶格的光路,实现了光学晶格中冷原子的装载.利用短程飞行时间吸收法测量了近共振光学晶格中冷原子的温度,通过改变晶格的光强和失谐等条件,对近共振光学晶格中铯原子的亚多普勒冷却的参数依赖关系作了实验研究,并与光学粘团作了比较.     

多模1064nm光纤激光器实现一维远失谐光晶格

采用1064 nm多模30 W连续光纤激光器, 搭建了一个周期为25 μm的一维远失谐光学晶格势场. 对铷原子进行磁光阱装载和偏振梯度冷却, 实现了铷冷原子团在光晶格中的装载. 借助于短程飞行时间法, 测量晶格中冷原子温度为20 μK, 为下一步实现量子信息存储实验奠定了基础.     

采用Damman光栅实现冷原子或冷分子囚禁的光阱阵列

提出了一种采用Damman光栅和球面透镜组合光学系统产生二维光阱阵列的新方案. 在使用红失谐高斯激光束照射的条件下，推导了计算光阱阵列的周期、光强分布、光强梯度和光阱几何参数的经验公式，讨论了此光阱阵列的特点以及在原子光学和分子光学中的应用. 研究结果表明，这种光阱阵列方案比已有的光阱阵列方案更为简单可行、操作方便，非常适用于冷原子或冷分子的阵列囚禁，以及制备新颖的光学晶格. 关键词： 冷原子或冷分子 光阱阵列 Damman光栅 光偶极势     

采用Damman光栅实现冷原子或冷分子囚禁的光阱阵列

本文提出了一种采用Damman光栅和球面透镜组合光学系统产生二维光阱阵列的新方案。在使用红失谐高斯激光束照射的条件下，我们推导了计算光阱阵列的周期、光强分布、光强梯度和光阱几何参数的经验公式，讨论了此光阱阵列的特点以及在原子光学和分子光学中的应用。研究结果表明：这种光阱阵列方案比已有的光阱阵列方案更为简单可行、操作方便，非常适用于冷原子或冷分子的阵列囚禁，以及制备新颖的光学晶格。     

中性汞原子磁光阱装载率的优化

量子投影噪声是影响光晶格钟的一个重要参数,提高磁光阱中装载率有利于降低量子投影噪声,可提升光晶格钟的性能.针对实验所用的汞原子单腔磁光阱,本文分析并计算了磁光阱中汞原子受力情况和一维运动规律,在此基础上用随机数方法对磁光阱中汞原子三维装载进行了数值计算,获得了磁光阱中的稳态原子数,研究了磁光阱的冷却激光的光强、失谐量以及磁场梯度等参数对稳态原子数的影响,得出了获得最优装载率的实验参数.涉及的计算方法和结论对汞原子光晶格钟的实验设计具有参考价值.     

一种新颖的全光型表面原子(分子)漏斗

提出了一种产生全光型表面原子(分子)漏斗的新方案.采用红失谐高斯激光束照明由柱面透镜组成的光学系统，可在透镜焦平面附近产生横向漏斗形光强分布，以构成一表面光波导型原子漏斗.计算了漏斗的光强分布及其光学偶极势与偶极力分布.研究结果表明：该原子漏斗可用于冷原子(分子)的表面光波导、分束器和干涉仪以及微阱囚禁的有效装载，因而在集成原子光学及其原子芯片的研究中有着重要的应用. 关键词： 原子漏斗 分子漏斗 光学偶极势 原子芯片     

用于镱原子光钟759nm光晶格激光的频率锁定

本文报道了一种用于镱原子光钟的759nm光晶格激光频率锁定方法。759nm激光通过PoundDrever-Hall(PDH)技术锁定在一个腔长为10cm的超低膨胀系数(ULE)的高细度Fabry-Perot(FP)腔上。激光频率被锁定后的测量结果表明,759nm的光晶格激光线宽被压窄到小于200kHz;运用频率锁定的759nm激光和飞秒光梳拍频来监测超稳腔的长期漂移率,结果显示ULE超稳腔的漂移率为0.16 Hz/s。将锁定后的759nm光晶格激光用于镱原子光钟光晶格的装载,实现了镱原子在光晶格场中的稳定装载以及对光晶格场频率的精确控制,从而为镱原子光钟的闭环运转做了必要的技术准备。     

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。     

一种新颖的表面空心微光阱阵列

提出了采用四台阶相位光栅与微透镜阵列组合产生一种新颖的表面空心微光阱阵列的方案，研究了表面空心微光阱阵列的光强分布，计算了相应的光学囚禁势，并讨论了该微光阱阵列在原子分子光学中的潜在应用.研究表明当用1W的YAG激光照射时，在1cm²面积上可产生近10⁴个空心光阱，每个光阱具有较小的囚禁体积和较大的有效光强及其强度梯度，对⁸⁵Rb原子的光学囚禁势可达190μK.如此深的光阱足以囚禁冷原子或冷分子，并可用于实现全光型原子或分子玻色-爱因斯坦凝聚，甚至制备新颖的光学晶格等. 关键词： 空心光阱 冷原子或冷分子 光学晶格     

磁光阱中单原子荧光信号的优化及单原子的高效装载

实验中首先通过增大四极磁场梯度、提高背景真空度、缩小冷却俘获激光光束直径的方法获得了磁光阱中单原子的装载.其次,通过减小冷却光失谐量、适当增加其光强、同时使用偏振光谱锁频技术抑制冷却光噪声的方法得到了磁光阱中高信号背景比的单原子荧光信号.此外,通过实时反馈控制磁光阱四极磁场梯度的方法,在实验中实现了单原子98%的装载概率.使用Hamburg Brown-Twiss方案测量了磁光阱中的单原子在连续光激发下所辐射荧光的光子统计特性,得到二阶关联度g(2)(τ=0)=0.09.     

用于原子干涉仪实验的锂原子的塞曼减速与磁光囚禁

为了制备适于原子干涉仪实验的低温锂原子样品,开展了锂原子的塞曼减速及与磁光阱囚禁相关的实验研究.设计并实现了一种结构紧凑的腔体内冷式多级线圈叠加的塞曼减速器,将速度小于600 m/s的7Li原子减速到60 m/s,磁光阱装载速率为5×108/s,囚禁原子数目1×109个,原子团的最低温度约为220±30μK.研究了光学黏胶中7Li原子的寿命与囚禁光频率失谐量的关系.这些结果为进一步开展7Li原子亚多普勒冷却、光势阱蒸发冷却以及原子干涉仪实验奠定了基础.     

Intense source of cold cesium atoms based on a two-dimensional magneto–optical trap with independent axial cooling and pushing

We report our studies on an intense source of cold cesium atoms based on a two-dimensional(2D) magneto–optical trap(MOT) with independent axial cooling and pushing.The new-designed source,proposed as 2D-HP MOT,uses hollow laser beams for axial cooling and a thin pushing laser beam to extract a cold atomic beam.With the independent pushing beam,the atomic flux can be substantially optimized.The total atomic flux maximum obtained in the 2D-HP MOT is4.02 × 1010atoms/s,increased by 60 percent compared to the traditional 2D+MOT in our experiment.Moreover,with the pushing power 10 μW and detuning 0Γ,the 2D-HP MOT can generate a rather intense atomic beam with the concomitant light shift suppressed by a factor of 20.The axial velocity distribution of the cold cesium beams centers at 6.8 m/s with an FMHW of about 2.8 m/s.The dependences of the atomic flux on the pushing power and detuning are studied in detail.The experimental results are in good agreement with the theoretical model.     

~(87)Rb玻色-爱因斯坦凝聚体的快速实验制备

采用二维磁光阱产生了-个快速~(87)Rb原子流,并在高真空的三维磁光阱中实现了~(87)Rb原子的快速俘获,进一步采用射频蒸发冷却技术实现了原子云的预冷却,然后将原子转移到远失谐的光学偶极阱中蒸发得到了玻色-爱因斯坦凝聚体.实验上可以在25 s内完成三维磁光阱的装载(约1.0×10~(10)个~(87)Rb原子),然后经过16 s的冷却过程最终在光学偶极阱中获得5.0×10~5个原子的玻色-爱因斯坦凝聚体.实验重点研究了二维磁光阱的优化设计和采用蓝失谐大功率光束对四极磁阱零点的堵塞,抑制四极磁阱中原子的马约拉纳损耗,更加有效地对原子云进行预冷却.     

Rb原子磁光阱中囚禁原子数目与实验参数的依赖关系

研究表明，Rb原子磁光阱中所囚禁的原子数目对囚禁光的光强和失谐量，回泵光的强度以及磁场梯度有很大的依赖关系.用二能级系统模型对囚禁原子数目随囚禁光的光强和失谐量的变化关系进行了预估，理论预测的结果与实验结果定性符合.实验结果也展示了囚禁原子数目随回泵光的强度和磁场梯度的变化关系，要定量解释这些实验结果则需要更复杂的理论模型.通过囚禁原子数目对实验参数依赖关系的研究，得到特定的实验参数，来获得最大数目的冷原子. 关键词： 磁光阱 冷原子     

Continuously transferring cold atoms in caesium double magneto-optical trap

We have established a caesium double magneto-optical trap (MOT) system for cavity-QED experiment, and demonstrated the continuous transfer of cold caesium atoms from the vapour-cell MOT with a pressure of ～ 1×10^-6 Pa to the ultra-high-vacuum (UHV) MOT with a pressure of ～ 8×10^-8 Pa via a focused continuous-wave transfer laser beam. The effect of frequency detuning as well as the intensity of the transfer beam is systematically investigated, which makes the transverse cooling adequate before the atoms leak out of the vapour-cell MOT to reduce divergence of the cold atomic beam. The typical cold atomic flux got from vapour-cell MOT is ～2×10⁷ atoms/s. About 5×10⁶ caesium atoms are recaptured in the UHV MOT.     

锶原子Doppler冷却中再抽运光对原子俘获影响的理论和实验研究

本文主要研究锶原子光钟Doppler冷却过程中再抽运光对俘获冷原子参数的影响,实验上测得再抽运光光强和失谐跟所俘获原子数目的关系,并且测得了在同时注入再抽运光707 nm和679 nm后使俘获冷原子的数目提高了17倍,分析了再抽运光的失谐对俘获原子数目的影响,测得了再抽运光707 nm在失谐5 MHz的情况下俘获原子数目的波动小于3‰. 关键词： 光频标 激光冷却与俘获 原子俘获率     

Space-adjustable dark magneto-optical trap for efficient production of heteronuclear molecules

We present a simple, robust, space-adjustable dark magneto-optical trap(MOT) for the efficient production of heteronuclear molecules. Double-mixed beams made up of repumping beams and depumping beams propagate in nearly opposite directions in the dark MOT. This optical arrangement can easily adjust the spatial positions of two clouds by changing the power ratio of the two repumping beams, and ensure a good overlap, which is very necessary for the production of heteronuclear molecules. The imaging of cold atoms by camera and the collisioninduced loss rate obtained by recording the loading curve of the cold atoms show that we obtain a perfect overlap of atom clouds. The number of Rb Cs molecules with the double-mixed beams is improved by 70%, which is higher than the one with the single-mixed beam.     

Improved atom number with a dual color magneto-optical trap

We demonstrate a novel dual color magneto–optical trap (MOT), which uses two sets of overlapping laser beams to cool and trap 87 Rb atoms. The volume of cold cloud in the dual color MOT is strongly dependent on the frequency difference of the laser beams and can be significantly larger than that in the normal MOT with single frequency MOT beams. Our experiment shows that the dual color MOT has the same loading rate as the normal MOT, but much longer loading time, leading to threefold increase in the number of trapped atoms. This indicates that the larger number is caused by reduced light induced loss. The dual color MOT is very useful in experiments where both high vacuum level and large atom number are required, such as single chamber quantum memory and Bose–Einstein condensation (BEC) experiments. Compared to the popular dark spontaneous-force optical trap (dark SPOT) technique, our approach is technically simpler and more suitable to low power laser systems.