室温铯原子气室窄线宽相干布居振荡光谱

相干布居振荡(coherent population oscillations,CPO)光谱是一种原子布居数调制光谱,主要利用两束位相锁定、频率差小于原子自发辐射线宽的耦合光和探测光与原子相互作用,激光强度调制会导致原子布居数相干振荡,实现窄带宽的探测光透射.本文基于Λ型原子能级结构,在室温铯原子系综中实现了相干布居振...     

V型原子系统中相干布居俘获的相干相位调制研究

在延迟脉冲激光场作用下的V型原子系统中，实现了对相干布居俘获，电磁感应透明的相干相位调制，选择适当的能级其调制频率可以达到飞秒量级.利用数值和解析分析得到了延迟脉冲和叠加态粒子数布居的关系，以及粒子布居受光场相位调制的特点和变化规律.利用这种机理可以实现飞秒量级的量子开关作用. 关键词： 相干相位调制 相干布居俘获 电磁感应透明 量子开关     

非简并Λ型三能级原子的速度选择相干布居俘获

研究了非简并Λ型三能级原子速度选择相干布居俘获与原子能级结构的非对称性以及原子-激光失谐之间的关系.指出相对于简并、共振情况，原子动量分布的概率峰峰值降低、最可几动量发生变化，而且原子的俘获时间也变得很长.     

一个特殊模型中的相干布居俘获

外场作用下,对称双势阱中将发生相干布居俘获现象. 在氨分子模型中,当分子初始处在较低的本征态时,在一定的条件下激发态上将没有粒子数布居,外加光场强烈地使较低的双重态耦合在一起,且粒子数布居总保持为1,尽管此时外场与|2〉→|3〉接近共振. 这是一般模型所不能得到的结论. 关键词： 相干布居俘获 Ξ型三能级系统 双势阱     

相干布居数囚禁原子频标的实现及相关实验参数研究

原子频标要求高信噪比和窄线宽的鉴频信号,但对于被动型相干囚禁态原子频标(CPT频标), 改善鉴频信号信噪比以增加线宽为代价,因此选择合适的信噪比和线宽组合是研制CPT原子频标频标的重要环节。文章介绍了用桌面CPT频标系统地研究了鉴频信号与温度、光强等参数的关系所获得的研究结果,由此获得了合适选取的信噪比与线宽组合的依据。文章还给出了关于光源非理想偏振导致的消相干效应对CPT频标的影响所开展的实验结果。文章所提供的研究结果不仅帮助我们研制成功了CPT频标,而且对于CPT物理现象研究和其他CPT频标的研制也有参考价值。     

双模SU(1,1)猫态与级联三能级原子的粒子布居相干俘获

研究了双模相干光场与级联三能级原子的相互作用,结果表明,在简并双光子过程中,使原子发生布居相干俘获的俘获光场为双模SU(1,1)薛定谔猫态,并分析了俘获光场的非经典特性 关键词：     

Bell态原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的原子布居数演化

运用全量子理论并结合数值计算方法,研究了处于Bell态的两个全同二能级纠缠原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的原子布居数演化特性.讨论了双原子体系的初态、光场的平均光子数、双模纠缠相干光场的纠缠程度以及双原子体系的原子间耦合强度对原子布居时间演化的影响.结果表明:双原子体系的初态为|β11〉时,原子布居数不随时间变化;初态为|β00〉、|β01〉和|β10〉时,当初始平均光子数增大到一定数值时演化特性呈现出周期性的崩塌和回复效应,随初始光子数的增加时间演化曲线的振荡频率增大振幅减小,且初态为|β00〉或|β10〉时原子布居的回复周期是初态为时|β01〉的两倍;双模纠缠相干光场的纠缠程度以及原子间偶极相互作用的强弱对Rabi振荡频率没有影响但对振幅有着显著的影响.     

相干布居数拍频信号与基态超精细子能级相干性关系的研究

相干布居数拍频(coherent population beating, CPB)现象, 产生于一个Λ型三能级原子系统中, 当双色相干激光场的频率差和两基态能级频率间隔近失谐的时候, 原子在激发态能级上的布居数会产生一个弛豫振荡, 且振荡频率等于失谐量. 当将此现象运用于原子标准频率的提取时, CPB频标的稳定度与CPB信号的幅度及信噪比直接相关. 本文理论推导了描述CPB 现象的表达式, 数值模拟并实验研究了⁸⁷Rb基态超精细子能级的相干性对CPB信号的影响, 通过控制与基态子能级共振相干激光场的抽运时间来控制能级的相干程度, 观测不同相干程度对CPB信号质量的影响. 研究结果表明CPB信号振荡的幅度与基态子能级相干程度成正比关系. 要改善CPB信号信噪比、提高原子频标稳定度, 建立、提高和保持基态超精细能级的相干性是关键. 本文还讨论了CPB现象用于弱磁场测量及其他方面应用的可行性.     

Bell态原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用的原子布居数演化特性

运用全量子理论研究了Bell态原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用过程中的原子粒子布居差的时间演化规律.结果表明:原子初始处于|β11＞时,原子粒子布居差恒为零;原子初始处于其他三个Bell态时,随着初始光场平均光子数的增加,原子粒子数布居差时间演化曲线的振荡频率明显增大,振荡幅度明显减小;双模光场纠缠程度的大小对曲线的振荡频率及整体曲线的位置都没有影响.随着原子间偶极相互作用的增强,当原子初态处在|β01＞时,曲线的Rabi振荡频率明显增大;而两原子初始处于|β10＞或|β00＞态时,曲线的崩塌-回复现象逐渐消失.     

芯片原子钟相干布居囚禁谱线特性研究

通过微型原子蒸汽室产生质量满足要求的相干布居囚禁(CPT)信号是实现芯片原子钟的关键之一.本实验通过对光源实施频率调制和对光场与⁸⁷Rb原子作用产生的信号作相敏解调获得高信噪比的CPT微分谱线, 利用CPT微分谱线研究了CPT信号随工作参数变化的规律以及信号质量对原子钟频率稳定度的影响, 所获研究结果与理论模型预期相符合, 实验结果为芯片原子钟推荐了最佳工作参数.实验所采用的方法利用芯片原子钟自身的资源就可以实施, 因此为芯片原子钟开展性能研究和实施工作参数优化提供了实用的手段.     

Characterizing passive coherent population trapping resonance in a cesium vapor cell filled with neon buffer gas

We present a pair of phase-locked lasers with a 9.2-GHz frequency difference through the injection locking of a master laser to the RF-modulation sideband of a slave diode laser. Using this laser system, a coherent population trapping (CPT) signal with a typical linewidth of ～ 182 Hz is obtained in a cesium vapor cell filled with 30 Torr (4kPa) of neon as the buffer gas. We investigate the influence of the partial pressure of the neon buffer gas on the CPT linewidth, amplitude, and frequency shift. The results may offer some references for CPT atomic clocks and CPT atomic magnetometers.     

Review of chip-scale atomic clocks based on coherent population trapping

Research on chip-scale atomic clocks （CSACs） based on coherent population trapping （CPT） is reviewed. The back- ground and the inspiration for the research are described, including the important schemes proposed to improve the CPT signal quality, the selection of atoms and buffer gases, and the development of micro-cell fabrication. With regard to the re- liability, stability, and service life of the CSACs, the research regarding the sensitivity of the CPT resonance to temperature and laser power changes is also reviewed, as well as the CPT resonance＇s collision and light of frequency shifts. The first generation CSACs have already been developed but its characters are still far from our expectations. Our conclusion is that miniaturization and power reduction are the most important aspects calling for further research.     

High contrast atomic magnetometer based on coherent population trapping

We present an experimental and theoretical investigation of the coherent population trapping （CPT） resonance excited on the D1 line of 87Rb atoms by bichromatic linearly polarized laser light. The experimental results show that a lin｜｜lin tran- sition scheme is a promising alternative to the conventional circular-circular transition scheme for an atomic magnetometer. Compared with the circular light transition scheme, linear light accounts for high-contrast transmission resonances, which makes this excitation scheme promising for high-sensitivity magnetometers. We also use linear light and circular light to detect changes of a standard magnetic field, separately.     

Image transfer through coherent population trapping based on an atomic ensemble

We report on an experiment on transferring an image through coherent population trapping(CPT) effect in a hot rubidium vapor. We demonstrate experimentally that an image can be transferred from a control light to a probe light.Moreover, we describe the demonstration that the image can be transferred from a control light to two different probes showing a feasibility of transferring an image onto multiple probes. We believe that this effect definitely has important applications in image metrology, high dimensional information transfer in quantum information field, etc.     

基于相干粒子数囚禁的电磁诱导光栅研究

基于相干布居囚禁,提出了一种新的电磁诱导光栅物理模型, 得到了该模型下介质极化率的解析表达式. 由于相干布居囚禁引入的原子相干性, 介质极化率会形成增益、无吸收高折射率点以及暗态三个区域. 根据该理论模型, 基于⁸⁷Rb的原子能级, 提出了一种新型衍射光栅实现方案, 并进行了分析与计算. 结果表明, 在无吸收高折射率点处, 这种光栅是一种纯相位光栅, 一级衍射强度可达到0.4; 在增益区域中, 发现这种光栅是相位光栅和幅度光栅组合而成的混合型光栅, 在其最大增益点, 一级衍射效率最大可达1.26, 二级衍射效率也可增加到0.31. 关键词： 相干粒子数囚禁 电磁诱导光栅 衍射效率     

High-performance coherent population trapping clock based on laser-cooled atoms

We present a coherent population trapping clock system based on laser-cooled $^{87}$Rb atoms. The clock consists of a frequency-stabilized CPT interrogation laser and a cooling laser as well as a compact magneto-optical trap, a high-performance microwave synthesizer, and a signal detection system. The resonance signal in the continuous wave regime exhibits an absorption contrast of $sim 50$%. In the Ramsey interrogation method, the linewidth of the central fringe is 31.25 Hz. The system achieves fractional frequency stability of ${2.4times }{{10}}^{{-11}}/sqrt tau $, which goes down to ${1.8times }{{10}}^{{-13}}$ at 20000 s. The results validate that cold atom interrogation can improve the long-term frequency stability of coherent population trapping clocks and holds the potential for developing compact/miniature cold atoms clocks.     

平行线偏光激发CPT共振方案实验研究

目前的相干布居囚禁(CPT)原子钟和CPT磁场计中普遍采用圆偏振光方案 (σ⁺-σ⁺)实现CPT共振, 该方案对原子的利用率较低. 为了提高原子的利用率, 本文实验研究了通过平行线偏振相干双色光与⁸⁷Rb原子作用实现CPT共振的方案(lin//lin). 与σ⁺-σ⁺方案相比较, lin//lin方案消除了极化暗态, 获得更多工作原子. 在相同的实验条件下, 开展对比实验研究获得了信噪比为σ⁺-σ⁺方案2倍, 微分线型信号的中心斜率为σ⁺-σ⁺方案1.65倍的CPT共振信号. 研究结果表明该方案是实现低功耗原子钟、磁场计等设备的理想候选.     

利用腔内四能级原子相干效应实现全光学信号存储

在光学腔与四能级原子组成的非线性光学双稳系统中,利用调谐于不同能级附近的控制信号光脉冲可以使光学腔模产生“正”或“负”的非线性相移,从而实现了光学双稳迟滞曲线的受控移动及双稳“高态”与“低态”之间的可控跃变.基于上述效应,完成了光学信号的全光存储与腔输出状态的低功率控制开关.这一结果为全光及量子信息处理提供了新的可供利用的物理机制.