用于量子传感的窄线宽无磁垂直腔面发射激光器

为了研制出表面微透镜集成外腔的垂直腔面发射激光器（VCSEL）,实现窄线宽无磁激光输出,满足原子磁强计等量子传感器应用要求,本文设计并生长了适合于表面集成微透镜的VCSEL外延结构,完成了表面微透镜集成外腔VCSEL器件制备,在电极材料方面选取无磁材料以满足应用要求。实验结果表明：研制的VCSEL器件工作温度达到90°C,激光波长为896.3 nm,功率为1.52 mW,边模抑制比为36.3 dB,激光线宽为38 MHz,封装为模组后的磁场强度低于0.03 nT。结果表明本文研制的窄线宽无磁VCSEL满足量子传感的应用需求。     

原子源的制备与相干性检测

利用不平衡三维磁光阱(3D-MOT)技术,制备了低速、高通量的连续型原子束。通过使一束冷却光沿着光传播方向形成"中空光束",在MOT中形成一对具有不平衡光辐射压力的对射光束,压力将MOT中冷却与陷俘的87 Rb原子云团从"中空光束"通道中推出产生连续出射的原子。形成的原子束具有一定的速度和速度分布,可反映原子束的相干性。对所制备原子束的相干性进行了测量和分析,结果表明,所产生的原子束的最可几速度约为12m/s,纵向速度分布约为3m/s,对应的德布罗意波波长约为0.4nm,带宽为0.1nm。通过光电倍增管(PMT)收集的荧光强度推算得原子束通量为108～109 atoms/s。     

Characterization of a velocity-tunable 87Rb cold atomic source with a high-speed imaging technology

This paper has developed and characterized a method to produce a velocity-tunable 87 Rb cold atomic source for atomic interferometry application.Using a high speed fluorescence imaging technology,it reports that the dynamic process of the atomic source formation is observed and the source performances including the flux and the initial velocity are characterized.A tunable atomic source with the initial velocity of 1.4～2.6 m/s and the atomic source flux of 2 × 10 8 ～ 6 × 10 9 atoms/s has been obtained with the built experimental setup.     

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.     

Tuning the velocity and flux of a low-velocity intense source of cold atomic beam

We investigate experimentally and numerically the quantitative dependence of characteristics of a low-velocity intensity source(LVIS) of atomic beam on light parameters, especially the polarization of cooling laser along the atomic beam axis(pushing beam). By changing the polarization of the pushing beam, the longitudinal mean velocity of a rubidium atomic beam can be tuned continuously from 10 to 20 m/s and the flux can range from 3 × 10~8 to 1 × 10~9 atoms/s, corresponding to the maximum sensitivity of the velocity with respect to the polarization angle of 20(m/s)/rad and the mean sensitivity of flux of 1.2 × 10~9(atoms/s)/rad. The mechanism is explained with a Monte-Carlo based numerical simulation method, which shows a qualitative agreement with the experimental result. This is also a demonstration of a method enabling the fast and continuous modulation of a low-velocity intense source of cold atomic beam on the velocity or flux,which can be used in many fields, like the development of a cold atomic beam interferometer and atom lithography.     

Atomic magnetometer with microfabricated vapor cells based on coherent population trapping

An atomic magnetometer based on coherent population trapping(CPT) resonances in microfabricated vapor cells is demonstrated. Fabricated by the micro-electro-mechanical-system(MEMS) technology, the cells are filled with Rb and Ne at a controlled pressure. An experimental apparatus is built for characterizing properties of microfabricated vapor cells via the CPT effects. The typical CPT linewidth is measured to be about 3 k Hz(1.46 k Hz with approximately zero laser intensity) for the rubidium D1 line at about 90℃. The effects of pressure, temperature and laser intensity on CPT linewidth are studied experimentally. A closed-loop atomic magnetometer is finally finished with a sensitivity of 210.5 p T/Hz1/2 at 1 Hz bandwidth. This work paves the way for developing an integrated chip-scale atomic magnetometer in the future.     

利用原子干涉仪的相位调制进行绝对转动测量

提出一种基于原子干涉仪的相位调制进行绝对转动测量的方法.以π/2-π-π/2构型的空间型原子干涉仪为例，通过对拉曼激光进行相位调制，然后在动量谱空间测量转动对原子速度谱的调制周期，获得原子干涉仪相对惯性空间的绝对转动.文章对于采用该法进行角速度测量的测量范围以及对相位调制频率的要求进行了分析，对于散粒噪声限下的转动测量灵敏度及其影响因素进行了仿真.     

冷原子束在线检测系统

应用荧光法和飞行时间(TOF)法实现了冷原子束纵向速度谱、通量及原子能态分布的在线检测。设计用于荧光收集的光学系统和机械结构,实现了焦距可微调的即插即用式荧光检测装置,实现了冷原子束检测系统的集成性和检测结果的高信噪比(SNR)。利用LabView软件实现对光电倍增管(PMT)、飞行时间法检测时序及检测激光的扫频范围等的控制,可在线得到原子束性能参数,并对数据进行平滑处理。检测结果表明,检测系统检测信号的信噪比为57:1(在20ms内)。     

基于蒙特卡罗方法进行冷原子束模拟和参数优化

采用蒙特卡罗方法对基于制备低速浓密原子源(LVIS)产生的三维磁光阱(3D MOT)冷原子束过程进行模拟和系统性能参数优化。在Matlab软件中产生位移满足均匀分布,速度满足麦克斯韦波-尔兹曼分布的107个原子,通过仿真计算得到冷原子束的纵向速度分布和原子通量等关键参数。当冷却光光强为3mW/cm2,失谐量为5Γ时,模拟得到的原子束的纵向最概然速率为8m/s,速度分布的半峰全宽(FWHM)约为2m/s。模拟和实验研究了原子束最概然速率和通量随冷却光光强和失谐量变化的关系,结果表明冷却光失谐量为影响冷原子束速度分布和通量的主要因素,而冷却光功率在达到一定饱和强度后对原子束性能影响不大。     

利用原子干涉仪的相位调制进行绝对转动测量

提出一种基于原子干涉仪的相位调制进行绝对转动测量的方法.以π/2-π-π/2构型的空间型原子干涉仪为例,通过对拉曼激光进行相位调制,然后在动量谱空间测量转动对原子速度谱的调制周期,获得原子干涉仪相对惯性空间的绝对转动.文章对于采用该法进行角速度测量的测量范围以及对相位调制频率的要求进行了分析,对于散粒噪声限下的转动测量灵敏度及其影响因素进行了仿真. 关键词： 原子干涉仪 原子陀螺 相位调制 绝对转动测量