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.     

~(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.     

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     

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     

基于二维磁光阱的增强型199Hg冷原子团制备

在精密测量领域中,高效地制备冷原子团具有重要的意义.在光晶格钟里,缩短冷原子团的制备时间可以降低Dick噪声,从而提高光晶格钟的稳定性.本文采用二维磁光阱加推送光的构型提高了三维磁光阱在超高真空环境中的装载率,并通过压缩磁光阱技术降低了原子团温度,实现了用于¹⁹⁹Hg光晶格钟的增强型冷原子团制备.实验上通过优化三维和二维磁光阱的失谐量和磁场梯度以及推送光的失谐量和功率等参数,将三维磁光阱的¹⁹⁹Hg冷原子装载率增强了51倍,提升至3.1×10⁵ s^–1,然后使用压缩磁光阱技术将¹⁹⁹Hg冷原子团的温度降低至45μK,低于多普勒冷却理论温度.这种基于二维磁光阱的增强型冷原子团制备可在超真空环境下实现对三维磁光阱装载率的高增益,有效地缩短了冷原子团的制备时间,同时也降低了原子团的温度,有利于提高光晶格的转移效率,为其他冷原子实验中冷汞原子团制备提供了有效方案.     

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     

一种低速、连续、单色性好的冷原子束

本文提出一种利用磁光阱冷却捕获技术制备低速、连续、单色性好原子束的方法及技术.采用3维磁光阱从背景Rb蒸汽中捕获Rb87原子进行冷却、捕获形成原子云团,利用在纵向方向上结构设计的小孔将冷原子云团推出形成冷原子束,并在原子束行进方向上采用2维光学黏胶对原子束进行准直,采用态制备激光对其进行态制备,全部制备到Rb87原子的基态能级|F=1>上,从而为原子惯性技术(原子干涉仪、原子重力仪、原子加速度计)、原子频标(原子钟)提供低速、连续、单色性好的原子束.文章对于制备技术的实验系统及实验结果进行了详细的阐述.     

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.     

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。     

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.     

基于零级贝塞尔光束干涉产生的局域空心光束

通过对由两个零级贝塞尔光束相干叠加形成的三维衍射光场的理论分析和计算机模拟,发现当双零级贝塞尔光束的有关参量满足一定条件时,会在光轴上形成一系列高质量的局域空心光束。在此基础上,进一步分析了这种阵列局域空心光束的大小、阵列周期及局域空心光束的质量与双零级贝塞尔光束和光路参量的定量关系。推导出双零级贝塞尔光束叠加时在中心暗斑位置达到完全干涉相消的条件是通过两个环缝的能量要相同,以及产生最佳局域空心光束的内外环缝光源半径的比值为0.465。该研究为进一步设计制备基于双零级贝塞尔光束干涉实现阵列局域空心光束的新型衍射光学元件提供了理论依据和设计参量。     

Two Counter-moving Light Beams

The cylindrically symmetric field of two beamsof light shining in opposite directions is studied. Wepresent four static or stationary exact solutions of thecorresponding field equations and compare their properties.     

部分相干余弦-高斯光束

引入部分相干余弦-高斯光束,推导出部分相干余弦-高斯光束通过近轴ABCD光学系统的传输公式和M2因子,研究了部分相干余弦-高斯光束通过像散透镜的传输特性.结果表明,部分相干余弦-高斯光束的M2因子与部分相干余弦-高斯光束的空间相干参量和离心参量有关,但与透镜的像散系数无关.适当选取空间相干参量,离心参量或像散系数,在几何焦面处可得到类高斯、平顶和空心等不同的光强剖面,实现部分相干余弦-高斯光束的空间整形.     

部分相干余弦-高斯光束

引入部分相干余弦-高斯光束,推导出部分相干余弦-高斯光束通过近轴ABCD光学系统的传输公式和M2因子,研究了部分相干余弦-高斯光束通过像散透镜的传输特性.结果表明,部分相干余弦-高斯光束的M2因子与部分相干余弦-高斯光束的空间相干参量和离心参量有关,但与透镜的像散系数无关.适当选取空间相干参量,离心参量或像散系数,在几何焦面处可得到类高斯、平顶和空心等不同的光强剖面,实现部分相干余弦-高斯光束的空间整形.     

Tunable Polycyclic Chiral Beams

The generation of polycyclic chiral beams by inducing annular spiral zone phases that consist of multiple subphases is numerically and experimentally demonstrated. Each subphase is composed of a spiral phase, an equiphase, and a radial phase. The number and twisting direction of the spiral intensity lobes for every layer could be individually controlled. Furthermore, the orientations for the twisting lobes could be tuned by changing the introduced equiphase gradient. More importantly, such optical fields also show rotation property when the equiphases with gradient are dynamically and continuously imposed. This advantage of rotation also brings about the possibility of such chiral beams to rotate particles. Such beams would be advantageous for manufacturing tunable chiral metamaterials and have potential applications in optical tweezers and optical communication.     

Nonparaxial Dark-Hollow Gaussian Beams

The concept of nonparaxial dark-hollow Gaussian beams （DHGBs） is introduced. By using the Rayleigh-Sommerfeld diffraction integral, the analytical propagation equation of DHGBs in free space is derived. The on-axis intensity, far-field equation and, in particular, paraxial expressions are given and treated as special cases of our result. It is shown that the parameter f = 1/κω0 with κ being the wave number and ω0 being the waist width determines the nonparaxiality of DHGBs. However, the parameter range, within which the paraxial approach is valid, depends on the propagation distance. The beam order affects the beam profile and position of maximum on-axis intensity.     

基于四波混频效应实现弱光对强光信噪比优化的研究

我们理论上研究了基于热铷原子系综中的四波混频效应实现信噪比优化的系统。我们分析了非相敏放大器与相敏放大器中信号光信噪比的变化情况。在非相敏放大器中,信号光为相干态注入,闲置光为真空态注入,此时信号光在被放大的同时,信噪比降低,其噪声系数大于1。在相敏放大器中,信号光和闲置光均为相干态注入,此时在特定的条件下,信号光在被放大的同时信噪比得到提高,其噪声系数小于1。在注入光束间的相对相位=2 kπ(k为整数)时,信号光的有效增益最大且噪声系数最小。在这样的相对相位下,只要注入闲置光光强高于注入信号光光强的17.2%时,信号光就能够在被放大的同时信噪比得到提高。特别地,当注入闲置光光强同时低于注入信号光光强时,就实现了弱光对强光信噪比的优化作用。     

超短脉冲复宗量拉盖尔-高斯光束

从超短高斯脉冲光束出发。根据拉盖尔多项式的性质,用理论解析推导的方法。给出了一组新的超短脉冲光束的解析解,称为超短复宗量拉盖尔-高斯脉冲光束。此脉冲光束解的每个频率分量都是复宗量拉盖尔-高斯光束。时间脉冲的形状是任意的,具有相同的衍射距离参量,并且可以描述短于一个光学周期的超短脉冲。对这种超短脉冲光束及其在自由空间中的传输过程进行了较为细致的研究,分析了超短复宗量拉盖尔一高斯脉冲光束的轴上光强、光强的横向分布、衍射性质、脉冲极性反转、脉冲延迟等。讨论了引入缓变包络近似后出现的时空奇异性。     

发散光束小尺度自聚焦特性的研究

研究了发散光束的小尺度自聚焦效应。从非线性傍轴波动方程出发,利用坐标变换,推导出发散光束小尺度扰动的传输方程,进而得到小尺度扰动增长的临界频率、最大增长频率和相应B积分值的变化规律。研究了发散光束初始曲率半径对小尺度自聚焦效应的影响。结果表明,对于一定的传输距离,随着发散光束初始曲率半径的减小,小尺度扰动的最大增长频率减小,相应的最大增益减小,即B积分值也减小。对于一定的初始曲率半径,随着传输距离的增大,B积分值增长变缓,并最终停止。利用局部能量守恒定律研究了发散光束的成丝距离,发现小的初始曲率半径可以延长成丝距离。     

Gaussian Beams of Gravitational Wave

The standard and high-order Gaussian beam solutions for gravitational wave is obtained in the linear approximation of vacuum Einstein equation under harmonic conditions.