积分球冷原子钟冷原子数稳定的新方法

提出了一种积分球冷原子钟冷原子数稳定的新方法。该方法通过周期性地监测冷原子的吸收信号,利用反馈控制冷却激光内声光调制器的衍射效率并改变冷却光功率,实现冷原子数的稳定。推导了冷原子数稳定系统的环路方程,分析了稳定环路对冷原子数涨落的抑制作用。稳定后冷原子数的归一化涨落为1±0.001(3h),其功率谱密度在0.001~0.2Hz频率范围内的最大抑制量约为30dB。该涨落被抑制的原因主要是稳定环路除了直接补偿冷却光激光器输出的光功率变化外,还纠正了外界环境引起的冷原子数漂移。冷原子数稳定之后,由冷原子数涨落引起的原子钟频率稳定度可降低至7×10~(-14)τ~(-1/2)(τ为积分时间)。     

冷原子干涉仪囚禁原子数主动稳定技术

冷原子干涉仪中,囚禁原子数的抖动会转化为等效的干涉信号相位抖动,直接影响原子干涉测量结果.针对此问题,提出了一种冷原子干涉仪囚禁原子数主动稳定技术,通过测量干涉末态的原子数信息,反馈控制3D-MOT装载时间,实现对囚禁原子数的主动稳定.通过应用该技术,在装载时间大约为40 ms的条件下,3D-MOT囚禁原子数的短期抖动...     

在芯片表面囚禁冷极性分子的多功能静电阱EI北大核心CSCD

提出了一种用一对金属平板电容器和4根半埋入绝缘介质的杆电极组成的用于囚禁处于弱场搜寻态的冷极性分子的静电表面阱方案。用有限元软件计算了单阱囚禁时的空间电场分布,发现芯片表面上方2.2 mm左右形成了一个三维封闭的静电阱。选用重氨(ND_3)分子作为测试分子,用经典的蒙特卡罗方法模拟了ND_3分子被装载和囚禁的动力学过程。模拟结果表明,当ND_3分子束中心速度为13m/s、装载时刻为0.576ms时,最大装载效率可达53%,被囚禁的冷极性分子的温度约为35mK;如果继续增大平板电极的电压,则原先的单阱将对称分裂为两个阱,两个阱中的分子数目比为1…1;通过改变中间两个杆电极的电压,可实现非对称分裂,以此来调节两阱中囚禁分子数目比;可实现在0%~100%范围内左阱和右阱的分子数目占总分子数目的比例的调节。该方案为进一步研究三维囚禁型冷极性分子静电表面干涉仪打下基础,对于精密测量和研究物质波干涉有着重要的意义。     

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。     

基于原位探测的空间冷原子钟的性能分析

在空间微重力环境下,应用激光冷却技术的空间冷原子钟有望获得更高精度的时间频率基准。提出了一种基于原位探测的新型空间冷原子钟方案,在开展冷原子俘获、冷却、选态、两次微波探寻与量子态探测等过程中,冷原子都保持在微波腔中,这种设计可以使单个原子钟的周期更短,微波探寻过程有更大的时间占空比,也能使原子钟的整体结构更加紧凑。在使用Boitier a Vieillissement Ameliore (BVA)晶振作为本振的条件下,从Dick效应与量子投影噪声两方面对原子钟的稳定度进行分析预估,然后分析了影响冷原子钟不确定的来源与估值,结果表明:基于原位探测的空间冷原子钟有望达到5.9×10~(-14)τ~(-1/2)的稳定度以及1×10~(-16)的不确定度,该结果优于当前使用BVA晶振作为本振的其他冷原子微波钟的性能。     

冷原子气体的时频测量——光晶格原子钟

基于冷原子气体的时频测量在近20年里快速发展,引起了人们的广泛关注,其典型代表是基于大量中性原子的光晶格原子钟。利用超稳钟激光同时探测囚禁在光晶格里成千上万个冷原子的钟跃迁信号,光晶格原子钟已实现10^-18量级的频率准确度和10^-17量级的秒级稳定度,大幅度提高了时频测量的精度。文章概述了光晶格原子钟的发展历史、工作原理、性能评估及应用前景。     

冷原子气体的时频测量——光晶格原子钟

基于冷原子气体的时频测量在近20年里快速发展,引起了人们的广泛关注,其典型代表是基于大量中性原子的光晶格原子钟。利用超稳钟激光同时探测囚禁在光晶格里成千上万个冷原子的钟跃迁信号,光晶格原子钟已实现10^-18量级的频率准确度和10^-17量级的秒级稳定度,大幅度提高了时频测量的精度。文章概述了光晶格原子钟的发展历史、工作原理、性能评估及应用前景。     

光晶格原子钟研究进展

经过近20年的发展,基于光频跃迁的光晶格原子钟展示了优异的频率稳定度和不确定度,是重定义时间单位“秒”的有力候选者之一。随着地面基准光晶格原子钟性能的提升,光晶格原子钟已经成功地走出了实验室,实现了可搬运晶格原子钟并正在研制可在太空中运行的空间光晶格原子钟。本文综述了影响光晶格原子钟稳定度和准确度的关键因素,以及抑制或者消除这些因素的主要技术;并结合国内外的研究成果,综述了地面基准光晶格原子钟、可搬运光晶格原子钟和空间光晶格原子钟的技术特点和研究进展。     

超冷原子物理学与原子光学(续完)

3　原子光学激光冷却中性原子技术的发展成熟 ,不只是促进超冷原子物理学这个新的研究领域产生和发展起来 ,还同时推动了另一个新的研究领域———原子光学的形成和进步 .原子光学是原子物理学与光物理学的交叉新领域 .在这个新领域中 ,人们类似光物理中处理光 (光子 )那样来处理原子 .从物质粒子与光子在波粒二象性方面的对称地位 ,很容易理解出现相应的物质粒子光学的必然性 .实际上 ,电子光学已经存在了相当一段时间了 (由于发展电子显微镜技术 ) ,类似的研究还有离子光学 ,中子光学等 .上述意义下的原子光学研究 ,最早应该追溯到 1 92 9…     

微波腔镀银实现漫反射冷却的实验研究

观测到了使用镀银微波腔产生漫反射光场冷却原子的信号,完成了微波腔与积分球一体化的最后一步。这种冷却方式结构更加简单,且没有涂料,不会对微波场场型造成影响,有利于钟信号的信噪比及对比度提高。同时测试了微波腔冷却在不同冷却光注入方案、漫反射系数及腔表面开孔尺寸下的冷却性能。结果表明端面注入冷却光是目前获得更多冷原子数目的方法,提高腔表面的漫反射系数,可以显著提高冷原子数目。为了充分利用积分球内的冷原子,采用了10mm的通光孔径,测试了不同通光孔径对冷原子信号的影响,证实了目前较大的通光孔径不会影响到冷原子数。     

超冷原子物理学与原子光学

最近十多年来 ,一个新的领域———超冷原子物理学蓬勃地发展起来 .所谓“超冷” ,是指原子作为整体的平动速度极低 ,对应温度低于1ｍＫ( 1 0 -3Ｋ) .如此低温度下的原子体系 ,体现若干新的现象 ,遵从新的物理规律 .其中特别有意义的是原子气体玻色 爱因斯坦凝聚(ＢＥＣ)现象 ,2 0 0 1年的诺贝尔物理学奖就是授予在ＢＥＣ实验实现和性质研究方面做出重要贡献的Ｅ .Ａ .Ｃｏｒｎｅｌｌ,Ｗ .Ｋｅｔｔｅｒｌｅ和Ｃ .Ｅ .Ｗｉｅｍａｎ三位物理学家的 .超冷原子体系技术上能实现 ,有赖于发展于 2 0世纪 80年代的激光冷却和捕陷中性原子的方法 .鉴…     

光晶格原子钟研究进展

钟跃迁频率在光学频段的光晶格原子钟已经实现了10-19 量级的频率稳定度和10-18 量级的频率不确定度, 在量子频标、 量子模拟和精密测量等领域有着重要的应用. 本文综述了光晶格原子钟的发展历史、 工作原理、 性能评估和应用与展望.     

新颖操控冷原子/冷分子的组合三光学阱新方案及实验研究

提出了一种构建可囚禁与操控三种冷原子或冷分子样品的光学三阱组的新方案,该方案采用常用的液晶空间光调制器作为分光器件,分光调制函数类似于二元相位光栅;对提出的方案进行了模拟实验,并研究了从光学三阱到单阱的双向演化过程。该光学三阱的模拟实验结果与理论方案相符,三阱的操控性好,有利于三种不同的冷原子或冷分子样品的装载与操控等相关实验研究。     

可搬运铷喷泉原子钟量子化轴磁场的设计与优化

喷泉钟量子化轴磁场的空间均匀性和时间稳定性是制约原子钟输出频率稳定度和不确定度的重要因素.从外磁场屏蔽、磁场线圈设计、线圈电流源稳定性等方面考虑,构建并优化设计了一套可搬运铷喷泉原子钟量子化轴磁场系统.为了消除环境磁场对量子化轴磁场的影响,使用5层坡莫合金磁屏蔽进行外磁场的屏蔽;利用4组对称的补偿线圈,通过计算给予合适的电流,获得喷泉钟内部30 cm原子自由飞行尺度内磁场波动小于1 nT;通过改善C场供电电流方式,从而优化量子化轴磁场的时间稳定性,磁场随时间的波动小于0.1 nT.优化后喷泉钟长期频率稳定度达2.9×10-16,磁场空间分布不均匀性带来的二阶塞曼频移不确定度为3.4×10-19,由磁场随时间波动带来的二阶塞曼频移的不确定度为5.1×10-17.     

基于光纤激光放大倍频的冷原子钟光源

用于激光冷却与原子布居数探测的激光光源是冷原子钟的重要组成部分,选用工业技术成熟的1560 nm光纤激光器和光纤放大器分别作为种子源和光放大器,经非线性倍频晶体对放大后的激光进行倍频,得到较大功率的780 nm的激光,通过饱和吸收稳频得到冷却激光,一部分冷却激光利用电光调制器和声光调制器移频6.8 GHz得到重泵浦激光,对上述激光进行适当的功率分配后提供给冷原子钟。对该套激光装置关键器件进行了特性测试,将稳频后的倍频激光与锁定在超稳激光上的光学频率梳进行拍频,得到的激光的线宽在74 kHz左右,其短期稳定度比外腔半导体激光器提高半个多数量级。将这样的激光光源应用于冷原子钟,可以减小探测激光频率噪声对喷泉钟稳定度的限制。     

含有自旋轨道耦合的三组分冷原子的颤动

自旋轨道耦合的超冷原子系统是模拟颤动的优秀平台。目前,实验对颤动的研究限制在两组分系统中,而已有的基于三组分理论的自旋轨道耦合均不利于实验实现。为此,基于实验已经实现的三组分自旋轨道耦合系统分析颤动,揭示了颤动具有多个振荡频率,当存在简谐束缚势时,颤动表现出丰富的物理内容。     

冷原子干涉仪探测激光功率稳定系统实验研究

为降低探测激光功率抖动对高精度冷原子干涉仪测量结果的影响,以声光调制器作为激光强度反馈媒介,采用混频器对声光调制器驱动射频功率进行控制,搭建了用于冷原子干涉仪探测激光脉冲的功率稳定系统,实现了冷原子干涉仪探测过程中激光脉冲的快速功率稳定.功率稳定后,激光脉冲的功率稳定建立时间达到μs量级,功率稳定度优于2.11×10-...     

磁光阱中冷原子的实验特性

冷原子的获得对于原子物理的研究具有重要的意义,文章综述了激光冷却与囚禁原子技术发展以来对磁光阱中中性冷原子特性的研究进展,包括冷原子对光子的吸收与散射,冷原子之间的吸引与排斥导致的超冷碰撞与长程分子状态,冷原子的非线性特性等．     

中国计量科学研究院实现74cm高的冷原子喷泉

用磁光阱和光学粘胶方法制备超冷原子样品 ,把原子冷却到绝对零度附近 (～ 10 - 6 K) ,随后赋予其一定的向上运动速度 (例如几米 /秒 ) ,让原子只在重力场作用下作弹道运动飞行 ,便形成冷原子喷泉———原子上升到一最高点然后散落下来 .这种原子喷泉首先在改进原子钟性能上获得重要应用 :在原子弹道飞行的路径上设置微波谐振腔 ,应用冷原子与微波辐射场相互作用产生的谐振信号 ,将使原子钟的准确度至少提高一个数量级 .1995年以来 ,法国、美国和德国相继研制成功铯原子喷泉钟 ,现在达到的频率不确定度约为 2× 10 - 15,相当于走时两千万年…     

铯原子汽室中光学厚度的实验测量与精确模拟EI北大核心CSCD

对铯原子汽室中不同能级和不同温度的原子在不同光强和不同偏振光作用下的光学厚度进行了实验测量。理论上通过建立每个塞曼子能级的速率方程,利用龙格-库塔算法求得了布居数随时间演化的数值解,从而得到了依赖于时间的吸收系数。考虑到原子热运动以及光束束宽对光学厚度的影响,利用数值积分得到了原子共振频率附近的平均吸收系数,进而利用比尔法对光通过铯原子汽室的透射曲线进行了精确的拟合,最终得到了实验系统中原子汽室光学厚度的精确值。理论分析和实验结果表明,随着温度的升高,光学厚度迅速增大;随着光强的增加,光学厚度略有变小。