光学偶极阱中铷原子5S_(1/2)及5P_(3/2)态的AC Stark频移

基于二能级模型和多能级模型,分析计算了由强聚焦高斯光束形成的光学偶极阱中87Rb原子5S1/2态和5P3/2态的AC Stark频移。基于多能级模型,针对在852 nm高斯激光束强聚焦所形成的87Rb原子远失谐光学偶极阱中进行偏振梯度冷却的情形,计算了冷却循环跃迁(5S1/2F=2-5P3/2F′=3)的频移量,结果显示频移对molasses冷却过程产生了重要的影响。同时,计算了5S1/2|F=2,mF=±2〉态和5P3/2|F′=3,mF=±3〉态的AC Stark频移随光学偶极阱激光波长的变化情况,发现在红失谐情况下,对于87Rb原子5S1/2-5P3/2态跃迁不存在魔数波长。     

蓝移阱中单个铯原子基态磁不敏感态的相干操控

单个中性原子的超精细微波跃迁能级的相干性是基于中性原子量子计算、量子信息处理和量子模拟的基础.我们在实验上利用微波双光子拉曼过程实现了蓝移阱中铯原子基态超精细态|6S1/2,F=3,mF=-1〉和|6S1/2,F=4,mF=1〉间的相干操控,并研究了其相对能级频移随磁场的变化,获得了"魔术"磁场的大小为1.4(2)Gauss(1 Gauss=10-4 T).结果表明,利用魔术磁场可大幅改善超精细态|6S1/2,F=3,mF=-1?和|6S1/2,F=4,mF=1〉之间的相干性,测量到的相干时间可达1.0(1)s.     

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。     

~(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.     

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.     

采用高信噪比电磁诱导透明谱测定~(85)Rb原子5D_(5/2)态的超精细相互作用常数

基于~(85)Rb原子5S1/2-5P3/2-5D_(5/2)阶梯型能级系统(780 nm+776 nm),利用高信噪比的电磁诱导透明谱对~(85)Rb原子5D_(5/2)态超精细分裂进行测量.其中,频率校准是通过位相型电光调制器和共焦法布里-珀罗腔共同实现的.通过测量~(85)Rb原子5D′5/2态(F′=5),(F′′=4)及(F′′=3)之间的超精细分裂,我们确定了~(85)Rb原子5D_(5/2)态的磁偶极超精细相互作用常数(A=-(2.222±0.019)MHz)和电四极超精细相互作用常数(B=(2.664±0.130)MHz).     

基于磁悬浮大体积交叉光学偶极阱的Dimple光阱装载研究

三维拉曼边带冷却后的铯原子样品装载于一个磁悬浮的大体积交叉光学偶极阱中, 继续加载一个小体积的光学偶极阱后, 实现了Dimple光学偶极阱对铯原子的高效装载. 对不同磁场下磁悬浮大体积光阱的有效装载势能进行理论分析与实验测量, 得出最优化的梯度磁场和均匀偏置磁场, 获得了基于磁悬浮大体积光阱的Dimple光学偶极阱的装载势能曲线, 实现了Dimple光学偶极阱对经拉曼边带冷却后俘获在磁悬浮的大体积光阱中的铯原子样品的有效装载. 比较了Dimple光学偶极阱分别从拉曼边带冷却、大体积的交叉光阱和消除反俘获势后的磁悬浮大体积光阱装载的结果, 将俘获在磁悬浮大体积光阱中的铯原子样品装载到Dimple光学偶极阱, 铯原子样品的密度提高了约15倍.     

玻色-费米气体量子简并光学偶极阱的设计

实现了将预冷却(温度约为1～2μK)的87 Rb和40 K原子装载到远红失谐的光学偶极力阱中,继而利用逐步降低光强的方法对其进行蒸发冷却,获得了87 Rb原子的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC),并用协同冷却的方法得到了40 K原子的量子简并(DFG)。实验上通过光纤传输远红失谐激光束降低了光束指向性的抖动,又利用光强反馈伺服系统抑制远红失谐激光的强度抖动,提高了获得玻色-爱因斯坦凝聚和简并费米气体的重复性和稳定性。实验上得到玻色-爱因斯坦凝聚的原子数达8.48×105个,简并费米气体的原子数量约为3.34×106个。     

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.     

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。     

Absolute frequency determination of the 5P3/2-->7S1/2 transition in 87Rb

We report the absolute frequency of the important 5S(1/2)-->7S(1/2) two-photon transition in (87)Rb. We access the upper state using two dipole-allowed transitions via the intermediate 5P(3/2) state. This allows us to use much lower laser intensities compared to directly driving the two-photon transition, thereby avoiding potential errors due to the AC Stark shift. Collisional shifts are also minimized because the atomic density required is several orders of magnitude smaller. Our values are consistent with earlier frequency-comb measurements.     

可搬运锶光晶格钟系统不确定度的评估

可搬运光学原子钟在科学研究和工程应用中具有重要意义.本文测量了可搬运87Sr光晶格钟系统的主要频移,包括黑体辐射频移、碰撞频移、晶格光交流斯塔克频移、二阶塞曼频移等.首先实验上测量了磁光阱腔体表面的温度分布,分析了不同热源对原子团的影响,得到黑体辐射总的相对频移修正量为50.4×10^-16.相对不确定度为5.1×10^-17.然后利用分时自比对方法,评估了碰撞频移、晶格光交流斯塔克频移和二阶塞曼频移.结果表明,由黑体辐射引起的频移量最大,晶格光交流斯塔克频移的不确定度最大,系统总的相对频移修正量为58.8×10^-16,总不确定度为2.3×10^-16.该工作为可搬运87Sr光晶格钟之后的性能提升和应用提供了条件.     

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.     

Experimental progress in gravity measurement with an atom interferometer

Precisely determining gravity acceleration g plays an important role on both geophysics and metrology. For gravity measurements and high-precision gravitation experiments, a cold atom gravimeter with the aimed resolution of 10.⁻⁹g/Hz^1/2 (1 g=9.8 m/s²) is being built in our cave laboratory. There will be four steps for our ⁸⁷Rb atom gravimeter, Magneto-Optical Trap (MOT) for cooling and trapping atoms, initial state preparation, π/2-π-π/2 Raman laser pulse interactions with cold atoms, and the final state detection for phase measurement. About 108 atoms have been trapped by our MOT and further cooled by moving molasses, and an atomic fountain has also been observed.      

Experimental investigation of evaporative cooling mixture of bosonic 87Rb and fermionic 40K atoms with microwave and radio frequency radiation

We investigate sympathetic cooling fermions ⁴⁰K by evaporatively cooling bosonic ⁸⁷Rb atoms in a magnetic trap with microwave and radio frequency induced evaporations in detail. The mixture of bosonic and fermionic atoms is prepared in their polarized spin states |F=9/2, m_F=9/2> for ⁴⁰K and |F=2, m_F=2> for ⁸⁷Rb, which is trapped in Quadrupole--Ioffe--Configuration trap. Comparing microwave with radio frequency evaporatively cooling bosonic ⁸⁷Rb atoms with sympathetically cooling Fermi gas ⁴⁰K, we find that the presence of rubidium atoms in the |2,1> Zeeman states, which are generated in the evaporative process, gives rise to a significant loss of ⁴⁰K due to inelastic collisions. Thus, the rubidium atoms populated in the |2, 1> Zeeman states should be removed in order to effectively perform sympathetically cooling ⁴⁰K with the evaporatively cooled ⁸⁷Rb atoms.     

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.     

用微波调制的半导体激光观测^8^7Rb超精细能级的相干共振

用微波调制的半导体激光泵浦８７Ｒｂ汽泡室原子，直接观察到其基态超精细能级间△ｍＦ＝０、±１和±２的能级相干共振信号，其中Ｏ－Ｏ（Ｆ＝２，ｍＦ＝０）能级相干共振信号可用作原子钟的参考标准．     

Spectral Hole-Burning of Eu^3＋：Y2SiO5 Crystal at 16 K

By using an Ar^＋ ion laser, a tunable Rh 6G dye laser （linewidth 0.5cm^-1） pumped by the second harmonic of a YAG：Nd laser and a Coherent 899-21 dye laser as light sources and using a monochromator, a phase-locking amplifier and a computer as the data detecting system, we detect the optical properties of Eu^3＋-doped Y2SiO5 crystal. Persistent ,spectral hole burning （PSHB） are observed in the Eu^3＋ ions spectral lines （^5 Do-T Fo transition） in the crystal at the temperature of 16K. For 15mW dye laser burning the crystal for 0.1 s spectral holes with hole width about 80 MHz both at 579.62nm and at 579.82nm are detected and the holes can remain for a long time, more than 10h.     

Quantum Degenerate Fermi--Bose Mixtures of 40K and 87Rb Atoms in a Quadrupole-Ioffe Configuration Trap

We report on the attainment of quantum degeneracy of 40^K by means of efficient thermal collisions with the evaporatively cooled 87^Rb atoms. In a quadrupole-Ioffe configuration trap, potassium atoms axe cooled to 0.5 times the Fermi temperature. We obtain up to 7.59 × 10^5 degenerate fermions 40^K.     

QUIC阱中紧束缚状态下87Rb原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚体相变的直接观测

在QUIC阱中经蒸发冷却获得了2×10⁵个|F=2,m_F=2〉态的⁸⁷Rb原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚.验证了紧束缚状态下原子云的轴向尺寸的变化作为BEC相变的判据，观察了从热原子气体到玻色-爱因斯坦凝聚的相变过程，测量了自由膨胀过程中BEC的纵横比变化，并和理论预言进行了对比. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 激光冷却与囚禁