采用短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度时参数误差的影响

详细介绍了短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度的基本模型和实验方法.在对铯原子磁光阱中冷原子温度测量的基础上,分析了初始时刻冷原子云中心到探测光束中心的垂直距离、冷原子云初始半径、探测光束半径三个参数的误差分别对于通过短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度时所带来的影响,并比较了这些参数各自的影响程度. 关键词： 冷原子温度 飞行时间 短程飞行时间吸收谱     

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.     

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     

一种测量磁光阱中冷原子密度和温度的新方法

报道了对磁光阱中冷铯原子吸收谱的实验观察,由于冷原子的多普勒增宽远小于激光发态超精细分裂,实验观察到三个孤立的吸收峰（Cs,6S1/2,F=4→6P3／2,F＝3,4,5,）其吸收系数比为3：7：12,这与相应跃迁振子强度一致。利用吸收信号测量了冷原子云的密度.结果与荧光探测法在10％的精度内符合;用吸收信号测量了冷原子的温度,测量结果与用荧光飞行时间法和释放捕捉法的结果吻合。     

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.     

冷原子EIT介质的原子数目和温度的测量

简要介绍了我们实验组冷却、俘获87Rb原子的磁光阱装置及冷却俘获过程。采用收集荧光法测得了俘获的冷原子数目,并根据冷原子团尺寸推算出了冷原子团密度。通过在冷原子团下方4 mm,7 mm,10 mm三处设置圆柱形探测光束,在原子自由下落过程中获得了短程飞行时间(TOF)吸收信号,通过数值拟合得到了冷原子的温度。结果表明:俘获的冷原子数目大约为109个,密度大约为1011个/cm3,冷却温度约为200μK,该冷原子团能作为很好的EIT介质。     

采用简化的飞行时间荧光成像法测量冷原子样品的等效温度

本文介绍了用于冷原子样品等效温度测量的简化的飞行时间荧光成像法。将用于激光冷却和俘获原子的冷却光,代替标准的飞行时间荧光成像法中额外引入的探测光。在铯原子磁光阱基础上,通过进一步采用偏振梯度冷却技术使冷原子等效温度有效地降低。采用简化的飞行时间荧光成像法测量的铯原子气室磁光阱(光学粘团)的等效温度,典型值为TY≈22.3±2.2μK,TZ≈15.4±2.7μK(TY≈11.6±1.1μK,TZ≈2.8±1.2μK)。本文中的简化飞行时间荧光成像方案,在不牺牲冷原子样品等效温度测量的精度和准确度情况下,更容易在实验中执行和推广,对于应用于冷原子微波原子钟、冷原子光频原子钟、冷原子干涉重力仪等量子精密测量领域,以及采用冷原子样品进一步开展量子光学、量子信息处理等领域的研究工作,具有积极意义和良好的推广价值。     

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.     

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     

基于红失谐高斯光束的冷原子束流长距离传输

提出了一种利用红失谐高斯光束偶极力实现二维磁光阱长距离传输冷原子束的方案.利用二能级原子所受散射力公式分析并构造了87 Rb原子在光偶极阱二维磁光阱(2D-ODT MOT)中的受力公式,考虑了原子与背景气体碰撞的影响,利用四阶龙格-库塔法求解原子运动方程,获得原子的运动轨迹,统计并求出原子在不同高斯光束失谐以及功率条件作用下进入差分泵浦范围的原子数.实验验证了在红失谐高斯光束与原子束推送光相互组合的4种工作状态下科学实验腔中磁光阱冷原子装载情况.理论与实验结果表明:基于红失谐高斯光束的二维磁光阱长距离传输冷原子束的效果提升显著,科学腔原子装载效率明显提升、原子数目明显增加.     

一种新的测量大尺度冷原子团温度的方法

报道了一种新的测量大尺度冷原子团温度的方法。这种方法利用反亥姆霍兹线圈产生四极磁场,探测光沿着竖直方向逐点测量冷原子团的分布情况,获得冷原子团在不同自由下落时间下的密度分布曲线,进而拟合出冷原子团的温度值。通过实验,利用这种方法测量了积分球中冷原子团的温度,为73±12μK,并与飞行时间(TOF)方法的测量结果进行了比较。     

Optimized temperature measurement with time-of-flight method

Driven by resonance probe light background Rubidium gas can emit fluorescence, which interacts with the falling atomic cloud in the temperature measurement with the time-of-flight (TOF) method and influence the experimental results. The dependencies of the acceleration and the temperature of the atomic cloud on the detuning of the probe beams were studied. We propose that the deviation of the acceleration from the gravity acceleration can be taken as a criterion of the accuracy of the temperature measurement using TOF method. Moreover, using the principle of the radiation force on the cold atomic cloud, one may measure the considerably weak intensity of the fluorescence.     

测量冷原子温度的理论与近似拟合公式的误差分析

对短程飞行时间法(tim e-of-flight,TOF)中推算冷原子温度的理论拟合公式与近似拟合公式进行了误差分析与比较。研究表明:对于使用短程飞行吸收光谱信号推测冷原子团温度,当探测光光斑半径与冷原子团高斯半径之比k小于0.2时,理论拟合公式和近似拟合公式能很好的相符,随着探测光光斑半径与冷原子团高斯半径比值的逐渐增大,用近似拟合公式所得TOF吸收信号与用理论拟合公式所得TOF吸收信号的误差也将逐渐增大,当比值为0.5时,用近似拟合公式所得TOF吸收信号的误差将增大到20%。     

A cold cesium atomic beam produced out of a pyramidal funnel

We have built an atomic funnel which produces a slow and cold cesium atomic beam. The atomic funnel is based on a pyramidal Magneto Optical Trap (MOT) with a small hole at its apex. Characterization of the funnel operation has been carried out by fluorescence emission and absorption spectroscopy, and optical time of flight (TOF) methods. The atomic beam has a longitudinal velocity in the range 8–12 m/s and a spread less than 1.5 m/s. The transverse temperature is close to the Doppler limit. Typically, an atom flux 4×10⁹ atoms/s is attained. These features, combined with the compactness and simplicity of the experimental arrangement, make this system an ideal source for experiments in atom lithography and atom optics.     

Loading of a krypton magneto-optical trap with two hollow laser beams in a Zeeman slower

A significant enhancement in the number of cold atoms in an atomic-beam-loaded magneto-optical trap (MOT) for metastable krypton atoms is observed when hollow laser beams are used in a Zeeman slower instead of a Gaussian laser beam. In the Zeeman slower setup, a combination of two hollow laser beams, i.e., a variable-diameter hollow beam generated using a pair of axicon lenses superimposed on a fixed-diameter hollow beam, has been used to reduce the longitudinal velocity of the atoms in the atomic beam below the capture speed of the MOT. The observed enhancement in the number of atoms in the MOT is attributed to reduced destruction of the atom cloud in the MOT and increased cooling of the off-axis atoms in the atomic beam, resulting from the use of hollow beams in the Zeeman slower.     

离子原子碰撞过程中反冲离子飞行时间谱的蒙特卡罗模拟研究

基于蒙特卡罗方法,建立了程序模拟离子与原子碰撞中的反冲离子飞行时间谱.模拟入射离子束的空间密度分布,原子束密度的空间分布,靶原子的初速度分布, 根据反应几率产生不同电荷态反冲离子,并求出反冲离子飞行时间后,对每次模拟事件根据飞行时间进行累计,就得到反冲离子的飞行时间谱.模拟结果与实验(Ar12+-Ar) 测量到的TOF谱进行了分析比较,并进行了定性讨论