激光冷却获得高亮度的亚稳态惰性气体原子束和原子阱

高强度的亚稳态惰性原子束流在原子分子物理实验研究中具有广泛的应用.使用射频电离方法和激光横向冷却技术制备了高强度的亚稳态氪原子束流,并使用数值模拟方法对横向冷却激光场中的原子径迹进行了分析.通过激光诱导荧光光谱方法测量原子束的束流特性,结果显示,横向冷却后在束流源下游230 cm处的原子束流强度达1.6atoms/(s*sr),束流强度提高了两个量级.利用这种高强度原子束流,我们成功囚禁了1.3×10¹⁰个亚稳态⁸⁴Kr原子,同时冷原子装载速率达到了3.0×10¹¹atoms/s;并利用该装置成功地实现了高亮度的亚稳态氩原子束和原子阱. 关键词： 横向冷却 原子束 原子阱 惰性气体     

稳定的高亮度低速亚稳态氦原子束流

稳定的高强度原子束流源是很多精密测量实验的关键.亚稳态(2~3S)氦原子的精密光谱测量在检验量子电动力学、测定精细结构常数研究中受到重要关注.本文利用激光冷却方法增强束流强度、通过塞曼减速器降低原子的纵向速度,并利用反馈控制稳定束流强度.实验测得,所产生的亚稳态氦原子连续束流在(100±3.6)m/s速度下,强度达5.8×10~(12)atoms/(s·sr),相对稳定度为0.021%.利用该原子束,示范了在仅0.1%的饱和光强条件下进行4 He原子2~3S—2~3 P跃迁的光谱探测,此时由探测光功率带来的频移低于1 kHz.     

钇原子亚稳态寿命的测量

利用基态原子无穷长的寿命以及亚稳态原子在飞行过程中的衰减,比较由激光感应荧光法测量到的钇原子束基态和亚稳态的速度分布曲线,经过拟合处理计算,得到钇原子亚稳态a~2D_(5/2)的寿命为(0.8±0.2)ms.     

用交叉分子束研究氟原子与反式1，3-丁二烯分子的反应

利用改进型通用交叉分子束装置和脉冲直流放电产生脉冲氟原子束实验方法 ,研究了氟原子和 1,3 丁二烯分子的反应散射 .只有一个脱氢原子反应通道被观测到 ,没有观测到碳碳单键、碳碳双键断裂以及氟化氢分子的生成 .直接测量到反应产物的角度分布和飞行时间质谱 .通过把实验数据从实验室坐标系转化到质心坐标系 ,得到反应产物在不同质心角度下的平动能分布和角度分布 .从反应产物的三维速度分布 角度分布 通量图中 ,得出氟原子和 1,3 丁二烯反应生成氢原子的过程是通过形成了一个长寿命的中间体     

用激光感生荧光法测量亚稳态原子寿命

本文用激光感生荧光法(LIF)分析了Gd原子亚稳态能级215cm~(-1),533cm~(-1),999cm~(-1)在原子束中的速度分布。由原子束轴线上两不同点上的亚稳态原子速度分布的变化得到了亚稳态原子的寿命。理论分析和实验结果表明这是一种简单、灵敏并且有效的亚稳态原子寿命测量方法。     

自旋极化原子氢

在理论上预见到,由原子氢组成的气体,若能使所有氢原子的电子自旋都变成平行状态,则氢原子之间的相互作用主要是相互排斥.这种自旋极化原子氢的集合,即使在T=OK时,也仍然处于气体状态. 近两年来,在实验上已获得这种自旋极化原子氢(H　)气.其方法是使一束4.2K的高通量原子氢射到一个由10(Tesla)的超导磁场所构成的自旋选择器上.原子束中自旋与磁场B平行的氢原子(H　)被选择器反射掉,而自旋与磁场B反平行的氢原子(H　)则被加速,进入强磁场区的收集容器中.在那里,它们通过与He 覆盖的器壁碰撞而丢掉多余的动能,落入势阱.此过程连续地进行…     

利用激光冷却原子束测量氦原子精密光谱

⁴He原子2³S₁→2³P_0,1,2跃迁的精细结构分裂,目前在理论和实验上都能够达到10^-8水平的精度,并可被应用于测定精细结构常数α, 和对量子电动力学进行检验.该方面实验研究的关键, 是需要提高测量信噪比,并消除各种可能的系统偏差, 将这一精细结构分裂测量到亚kHz水平.在设计的这套实验方案中, 首次结合激光冷却原子技术,通过激光横向冷却来提高亚稳态氦原子束的束流强度,并对三态亚稳态氦原子进行偏折, 将其从原子束中分离,从而大幅降低测量背景,并利用频率锁定激光器的边带扫描的方式来进行光谱测量,以使得扫描测量中保持足够的频率精度. 在目前基本搭建成的实验装置上,实验方法的可行性已经获得验证,分析表明有望实现亚千赫兹水平的测量准确度.     

氢原子钟双选态束光学系统仿真分析

氢原子钟利用氢原子基态超精细能级跃迁信号进行精确计时,具有中短期频率稳定度优异、频率漂移率低的特点.氢原子钟需要通过磁选态将高能态原子选出,目前广泛应用的磁选态方案中,既有原子钟跃迁所需要的|F=1,mF=0>态,还有钟跃迁所不需要的|F=1,mF=1>态氢原子,这使得氢原子钟的中长期频率稳定性难以进一步提高.为了进一步提高氢原子钟原子跃迁谱线质量和整机性能,通过计算和仿真,构建了基于Majorana跃迁的氢原子钟双选态束光学系统,优化了一级选态区、态反转区、二级选态区等关键部件的参数,进一步排除了|F=1,mF=1>态原子.选态后的|F=1,mF=0>态原子纯度达到99%,利用率为58%,工程应用较为理想.有效地提升了进入原子储存泡内|F=1,mF=0>态氢原子的占比,同时原子的利用率处于可控范围.通过实验对该方案的有效性进行了验证,通过开启双选态系统,可以观察到氢原子钟信号的增强;通过调整双选态系统的线圈电流,可以观察到信号随线圈电流的变化,这验证了双选态系统的有效性.     

首次观测到内壳层跃迁的双光子X射线发射

人们已经广泛地研究过亚稳态的类氢和类氦系统,这些亚稳态既可以通过双光子电偶极跃迁衰变,也可以通过单光子磁偶极跃迁或磁四极跃迁而衰变。 最近,以色列 Bar-Ilan大学的 Bannett 和 Fre-und[1]报告,他们首次观测到了来自单电子内壳层跃迁的双光子X射线发射.当然,在多电子原子     

氢原子钟新近进展述评

一、引 言 大家知道,原子或分子与电磁场相互作用产生的微观粒子量子态的跃迁,伴随着精确频率的电磁波的发射或吸收.根据微观世界的这个特性而发展起来的原子钟.具有极优的稳定性和准确性.1955年艳原子钟的发明,导致1967年国际权度大会决定采用Cs133自由原子零场超精细跃迁(F=4,mF=—0　　 F= 3,mF=0)的9,192.631,770个周期的时间为“原子秒”,使人类进入了“原子时”时代.1960年。在氨分子钟、原子束磁共振,特别是在原子囚禁技术研究的基础上,一种新的优良的氢原子钟又由美国的 Goldenberg,Kleppner和 Ra-msey首创成功[1]。 图1是现有…     

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     

氩原子共振增强多光子电离谱--奇对称性里德堡态

利用脉冲放电产生氩原子亚稳态4s2[3/2]°2和4s′2[1/2]°0,在610～670nm波长范围内,利用共振增强多光子电离和飞行时间质谱技术得到氩原子(2+1)REMPI谱.光谱分析表明所有谱线来源于氩原子4s2[3/2]2和4s′2[1/2]°0两个亚稳态向16个奇对称性里德堡态双光子跃迁,并标识所有谱线.同时首次在实验上观察到一个长序列的3p54s′2[1/2]°0→3p5nd2[1/2]°1(n=8～31)双光子跃迁.在实验技术上,提供了一种研究惰性气体原予以及其它原子高里德堡态和自电离态的新方法.     

主动型氢原子钟原子弛豫时间的测量和分析

氢原子钟的原子弛豫时间是原子系统经过选态去除基态超精细能级（F = 0,m_F = 0）态和（F = 1,m_F = −1）态原子后,部分氢原子从（F = 1,m_F = 0）态跃迁至（F = 0,m_F = 0）态直至原子系统达到平衡状态所需的时间,该参数反映了原子的寿命,并直接影响氢原子钟的稳定度指标.为了测量主动型氢原子钟的弛豫时间,进而评估其性能,通过Raspberry Pi（RPI）产生时序信号,控制数字衰减器和电离源供电电路的继电器,从而控制微波探测信号的开启和原子束流的通断,并与数据采集等电路组成了氢原子自由感应衰减测试系统.通过对采集的自由感应衰减信号建模拟合,测算了氢原子钟的弛豫时间.该方法对于评估和优化原子线宽,改进主动型氢原子钟稳定度指标具有重要的参考意义.     

低能氢原子在氮气和氢气中剥离截面的初步测量

本文报导了氮气(N_2)和氢气(H_2)对氢原子束剥离截面的测量系统及实验结果。当氢原子束能量从0.6千电子伏增至10千电子伏时,氮气截面由1.3×10~-17厘米增至2.44×10~-16厘米,当氢原子束能量从1千电子伏增至10千电子伏时,氢气截面在(2—6)×10~(-17)厘米。范围内变化。     

锶原子互组跃迁荧光谱及其特性的研究

真空锁频系统是实现激光稳频的重要组成部分,在该系统中产生高分辨互组跃迁荧光谱((5s~2)~1S_0→(5s5p)~3P_1)是分析原子谱线相关特性及精确测量跃迁频率等参数的前提。本文通过将装载有毛细管的准直器置于锶炉内,从源头减小原子束的发散角,将原子束的发散角减小至3.1 mrad。即减小原子束的横向速度,进而减弱光与原子作用的一阶多普勒频移,实验最终得到分辨率较高且线宽为26 MHz的互组跃迁荧光谱。锶原子互组跃迁荧光谱特性的相关研究对于光晶格原子钟锁频系统的建立具有重要意义,因此本文从实验上探讨并分析了锶炉温度和激光光强等因素对互组跃迁荧光谱的影响。     

利用激光感生荧光直接显示原子能级超精细结构的新方法

本文详细讨论了一种在空间直接显示原子的超精细结构的方法,并观察到Na原子3~2P_(1/2)态的两个超精细能级结构。发散的片状原子束和发散的片状激光束在空间相互作用,当多普勒频移等于原子跃迁频率和激光器频率之差时,原子被激发并在空间发光。计算和实验都已证实发光轨迹是一圆弧。荧光带的数目表明起精细能级的数目,根据空间位置可定出能级间隔,荧光带的宽度反映原子束的速度分布,实验研究了钠原子的3~2S_(1/2)—3~2P_(1/2)的荧光轨迹,照片显示了两个清楚分开的荧光带,带的间距和计算结果相符。     

脉冲微波激发氢原子Ramsey干涉研究

该文开展利用Ramsey干涉现象设计被动型氢原子钟的可行性研究. 该方案的核心是用脉冲微波激励氢原子发生共振跃迁. 通过理论计算确定了关键参数,研制了脉冲微波发生电路. 利用现有的被动型氢原子钟的物理部分,成功观察到氢原子共振跃迁的Ramsey干涉,将原子跃迁谱线宽度从原来的3 Hz压缩至1.2 Hz. 这为进一步提高被动型氢原子钟的稳定度指标提供了一种新思路.     

氢脉泽中Majorana跃迁的分析:单态选择与束光学

分析了氢脉泽中Ｍａｊｏｒａｎａ跃迁和双聚焦束光学系统。在这种态选择器中利用双聚焦造反器以使氢原子极化方向反转的Ｍａｊｏｒａｎａ跃迁,去掉振荡所不需要的原子。通过计算反转磁场中氢原子自旋的跃迁几率而得到原子极化的反转几率,可有效地除去不需要的原子。并分析了束光学系统的结构,实现了氢原子的单态选择。     

F2 Σ+ -X 2Σ +Band System of Cobalt Carbide

用脉冲直流放电产生Xe原子亚稳态5p56s[3/2]2和5p56s′[1/2]0.在单光子28000－42000cm-1能量范围内,结合飞行时间质谱技术获得Xe原子共振增强激发光谱.光谱分析表明,所有谱线来源于Xe原子5p56s[3/2]2和5p56s′[1/2]0两个亚稳态吸收单个光子向偶宇称np′、nf′自电离Rydberg态序列的跃迁.实验观测到许多新的自电离能级,并获得更精确和系统的能级位置和量子亏损值数据.     

Resonance-Enhanced Photon Excitation Spectroscopy of the Even-Parity Autoionizing Rydberg States of Xe

用脉冲直流放电产生Xe原子亚稳态5p56s[3/2]2和5p56s′[1/2]0.在单光子28000－42000cm-1能量范围内,结合飞行时间质谱技术获得Xe原子共振增强激发光谱.光谱分析表明,所有谱线来源于Xe原子5p56s[3/2]2和5p56s′[1/2]0两个亚稳态吸收单个光子向偶宇称np′、nf′自电离Rydberg态序列的跃迁.实验观测到许多新的自电离能级,并获得更精确和系统的能级位置和量子亏损值数据.