封闭和开放铯原子系统中的EIA效应

本文主要从实验上研究了封闭的简并二能级铯原子系统中的电磁感应吸收效应(EIA)。当泵浦和探测光作用于铯原子的6S1/2 F=4 à 6P3/2F′=5跃迁时，获得了EIA信号，同时研究了泵浦光的频率失谐和强度对EIA信号的影响。在6S1/2 F=4 à 6P3/2 F′=4和6S1/2 F=4 à 6P3/2 F′=3两个开放的二能级系统中也观察到了EIA信号。在6S1/2 F=3 à 6P3/2 F′=4的跃迁上增加一个repumping 激光,将使EIA信号增加。     

利用激光诱导后向荧光测定Rb[5P_(3/2)(F′=4)]在金属膜附近的非辐射跃迁率

利用激光诱导后向荧光光谱研究了Rb蒸气-玻璃界面的85Rb[5P3/2（F′=2,3,4）→5S1/2（F=3）]超精细结构跃迁。把界面分为2个不同的区域,靠近表面厚度约为一个波长的近区和远区（蒸气区域）,近区起光谱滤波器的作用。将激光分为二束,一束作为检测光通过一个室温下的Rb参考样品池,得到5S1/2（F=3）→5P3/2（F′=2,3,4）半宽为510 MHz的Doppler吸收线,其中心离F=3→F′=4跃迁约为70 MHz。另一束激光进入温度为130℃的Rb样品池,记录共振后向荧光Sob（νL）,将它减去远区辐射的荧光ST（νL）,得到近区辐射的荧光senxp（νL）,它是具有半宽ΓRF=50 MHz的Lorentz线型,而ΓRF=Γn＋cΓoll＋Γnr,Γn为谱线的自然增宽,cΓoll=γRb-RbN为碰撞增宽,γRb-Rb为增宽系数,N为Rb基态密度,Γnr为玻璃表面激发态原子的非辐射能量转移引起的附加增宽,由此得到非辐射跃迁率为AnFr′=4→F=3=2.4×10^8s^-1,它远大于自发辐射率A（5P3/2→5S1/2）=1.4×107s^-1。     

双光束抽运对全光Cs原子磁力仪灵敏度的影响

原子磁力仪的灵敏度直接取决于抽运光对原子的极化率。分析了Cs原子气室中充入13 332.2 Pa He缓冲气体,两束抽运光频率分别锁定在Cs原子D1线F=4F=3和F=3F=4共振跃迁线时,基态和激发态各磁子能级上粒子数变化的动力学过程,发现在抽运光的持续作用下Cs原子基态F=3和F=4各磁子能级上的粒子被完全抽运至|F=4,mF=4态,Cs原子极化率达到最大值。同时,实验结果证明双光束抽运有效提高了磁力仪响应特性曲线的信噪比,从而使原子磁力仪的灵敏度提高了34%。     

基于Rb原子电磁诱导透明的量子干涉实验研究

报道了基于85RbD2线电磁诱导透明(EIT)的量子干涉现象,发现当一耦合光和探测光之间满足拉曼共振条件时出现电磁诱导透明现象,在某些条件下也观察到电磁诱导吸收(EIA).而当用一束耦合光和一束泵浦光共同作用于5S1/2,F=3→5P3/2,F′=3和5S1/2,F=3→5P3/2,F′=4能级上时,探测光的吸收谱表现出三峰结构,并且峰强弱与两耦合光之间的相对强度有关.     

铯原子D2线调制转移光谱及其在激光器锁频中的应用

在铯原子气室磁光阱(VC-MOT)及超高真空磁光阱(UHV-MOT)实验中,需要将冷却和俘获激光负失谐锁定于铯原子D2线的62S1/2F=4→62P3/2F′=5超精细跃迁线处.     

铯原子气室中D2线泵浦探测光谱的实验观测

在铯原子气室中采用偏振方向相互垂直且同向传播的线偏泵浦光和探测光，研究了铯原子D2线的泵浦探测光谱。由于在6 S1/2 F=3 – 6 P3/2 F’=2 超精细跃迁中存在多个L型塞曼子能级结构，从而产生了电磁诱导透明导致的吸收减弱；而在6 S1/2 F=4 – 6 P3/2 F’=5 超精细跃迁中则观测到了电磁诱导吸收。通过改变泵浦光的失谐量，在电磁诱导透明形成的吸收减弱凹陷和电磁诱导吸收产生的吸收增强峰内部均观察到了反常的吸收信号反转。     

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.     

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。     

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.     

520nm泵浦780nm+1560nm双共振光学参量振荡器

我们在实验中演示了520nm单频绿光泵浦的基于周期极化磷酸钛氧钾(PPKTP)晶体的780nm+1560nm双共振光参量振荡器,高效制备780nm+1 560nm连续可调谐双色下转换光场。该参量振荡器可输出93.3 mW的1 560nm单频激光和44.6mW的780nm单频激光。通过改变PPKTP晶体的温度所得到的波长粗调范围为:信号光1 529.81nm~1 573.83nm(~44nm),闲置光788.26nm~777.20nm(~11nm);通过连续调谐520nm泵浦激光频率初步得到的闲置光在780.24nm(铷原子D2线)处频率连续调谐范围约1.6GHz。     

An abnormal phenomenon in the saturated absorption spectrum of ^87Rb

A polarization-type saturated absorption spectrum set-up for {}^{87}Rb atom laser cooling and trapping has been established in our laboratory. By changing the polarization components and optical power, enhanced absorption of the transition 5S_{1/2} F=2→5P_{3/2}F′=3 was observed with other transitions and cross-over resonance staying unvaried.     

利用铷原子双光子跃迁产生420nm蓝光的实验研究

本实验通过饱和吸收方法获得了铷原子5S_(1/2)→5 P_(3/2)单光子跃迁光谱,并进一步研究了铷原子5S_(1/2)→5 P_(3/2)→5 D_(5/2)的双光子跃迁光谱。使用780nm的控制光和776nm的信号光反向共线作用到铷泡中,通过探测6 P_(3/2)→5S_(1/2)自发辐射产生的420nm蓝光信号得到铷原子5S_(1/2)→5 P_(3/2)→5 D_(5/2)双光子跃迁光谱,利用法布里-珀罗干涉仪测量了~(87)Rb和~(85)Rb的5 D_(5/2)激发态超精细能级,详细研究了铷泡温度和776nm信号光功率对~(87)Rb 5S_(1/2)(F=2)→5 D_(5/2)双光子跃迁光谱的影响。该研究工作为基于原子分子精密光谱测量提供了实验基础。     

Self-rotation of optical polarization in rubidium vapor

We present an experimental and theoretical study of self-rotation of optical polarization in a rubidium vapor.The atomic vapor is placed in a magnetic shielding cavity to suppress the Faraday rotation effect.In our experiment,Doppler-free spectroscopy configuration is used,and F = 2 → F ’ = 3 transition of 87Rb D2 line is chosen.We observe self-rotation of optical polarization effect at different pump light ellipticities.A theoretical analysis is then provided based on the experimental conditions.Theoretical simulation and experimental results are in good agreement.     

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     

采用铯原子偏振光谱对894.6nm外腔式半导体激光器稳频的实验研究

通过铯原子D_1线超精细跃迁能级的偏振光谱获得鉴频曲线,利用电子伺服系统将鉴频曲线反馈到894.6nm外腔式半导体激光器的压电陶瓷上进行锁定。由于偏振光谱技术不需要对激光器进行调制,因此不会带来额外的噪声。激光器自由运转400s内频率起伏为2.35 MHz,采用偏振光谱锁定激光器后400s内频率起伏为0.95 MHz,有效抑制了激光器的频率起伏。     

High-contrast coherent population trapping resonances using four-wave mixing in 87Rb

We demonstrate very high-contrast coherent population trapping(1) (CPT) resonances by using four-wave mixing in (87)Rb atoms. In the experiment, we take advantage of the spectral overlap between F=2-->F(?) and F=3-->F(?) optical resonances on the D1 line of (87)Rb and (85)Rb atoms, respectively, to eliminate the DC-light background from the CPT resonance signal. We observe a CPT resonance with a contrast in the range of 90%, compared with a few percent achieved by alternative methods.     

87Rb D1线法拉第反常色散光学滤波

为了得到在高背景噪音下对弱信号光的提取,实验研究了基于⁸⁷Rb D₁线5S_1/2F=2→5P_1/2 F'=1跃迁的795 nm法拉第反常色散光学滤波器.充铷的样品池所含⁸⁷Rb的比例高于自然铷,样品池处在均匀的磁场中并且夹在两个相互正交的偏振片之间.入射的探测光通过样品池,与原子相互作用,由于法拉第旋转效应实现滤波功能.改变实验条件,透射结果随之明显变化.当温度从340 K升高到360 K,透射谱的变化情况被细致记录,并且分析了导致透射情况变化的原因.在适当的工作温度以及磁场条件下,得到线宽为约220 MHz的超窄带透射谱线,谱线透过率约为48%.⁸⁷Rb D₁线的实验结果优于⁸⁵Rb的吸收线.     

低He气压下Rb(5P3/2)激发态有效辐射率的计算与测量

计算和测量了Rb-He混合蒸气中Rb(5P3/2)共振能级的有效辐射率,使用单模半导体激光器(泵浦激光)将Rb原子激发至5P3/2态,另一调谐到5P3/2→7S1/2的单模激光束(检测激光)与泵浦束反平行通过样品池,并在池的直径方向平行移动,通过对检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布.由于辐射陷获存在,有效辐射率是自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率,它与吸收截面及激发态原子密度和空间分布有关)的乘积.5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同He气压下,Rb D2线的有效辐射率.从5P3/2→5S1/2跃迁线强度I780的测量,得到的不同He气压下有效辐射率的比值与理论计算得到的比值相符.     

Time-resolved probing of the ground state coherence in rubidium

We demonstrate the preparation and probing of the coherence between the hyperfine ground states |S(1/2),F=1> and |5S(1/2),F=2> of the Rb87 isotope. The effects of various coherence control techniques, i.e., fractional stimulated Raman adiabatic passage and coherent population return, on the coherence are investigated. These techniques are implemented using nearly degenerate pump and Stokes lasers at 795 nm (Rb D1 transition), which couple the two hyperfine ground states via the excited state |5P(1/2),F=1> through a resonant two-photon process in which a coherent superposition of the two hyperfine ground states is established. The medium is probed by an additional weak laser, which generates a four-wave mixing signal proportional to the ground state coherence and allows us to monitor its evolution in time. The experimental data are compared with numerical simulations.