红外与激光工程
2024, 53(1): 20230372
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
将激光器的输出频率锁定于合适的参考频率上,可以有效地提高激光器的频率稳定度, 抑制激光器的频率起伏, 实现激光稳频。本文中, 我们在室温铯原子气室中研究了基于6S1/2-6P3/2-70S1/2阶梯型三能级系统的双色偏振光谱(TCPS), 并利用该TCPS实现了无调制激光稳频。实验中, 852 nm线偏振光作为探测光, 激光频率共振于6S1/2(F=4)→6rmP3/2(F'=5)跃迁线, 509 nm圆偏振光作为耦合光, 激光频率在6P3/2(F'=5)→70S1/2跃迁线附近扫描。圆偏振耦合光泵浦原子布居于不同Zeeman态, 实现介质各向异性。通过偏振光场对各向异性的原子介质的探测获得了里德堡态的TCPS。利用该里德堡态TCPS, 我们实现509nm激光对应于铯原子6P3/2 (F'=5)→70S1/2跃迁线的频率锁定。该TCPS提供了一种无调制的技术, 可用于多种里德堡态匹配的激光系统锁频, 对基于里德堡态精密测量有重要意义。
铯原子 里德堡态 双色偏振谱 稳频 Cesium atom Rydberg state two-color polarization spectrum frequency stabilization 量子光学学报
2023, 29(3): 031001
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
本文理论分析和实验测量研究了微波相位噪声对里德堡原子天线微波混频信号的影响。通过研究微波混频信号的相位噪声项,建立在信号场中加入相位噪声后微波混频信号强度变化的理论模拟图。实验基于室温铯原子气室中里德堡原子电磁感应透明光谱,实现里德堡原子|64S1/2?→|64P1/2?态的电偶极跃迁,得到频率13.806 057 GHz与13.806 000 GHz的微波场混频信号。同时,对混频信号强度的参数依赖关系进行研究。经实验发现,基于里德堡原子天线微波混频信号强度与参考场的功率有关,优化功率参数条件下,参考场可以实现约20dB的混频信号增强;当参考场调控里德堡原子达到微波混频效率最大时,在信号场中加入相位噪声,会导致混频信号强度的显著降低。
里德堡原子天线 相位噪声 微波混频信号 电磁感应透明 Rydberg atomic antenna Phase noise The microwave mixing signal Electromagnetically Induced Transparency 量子光学学报
2023, 29(2): 020501
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 中北大学理学院物理系 山西 太原 030051
3 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
高精细度超稳光学法布里-珀罗腔可以提供高精度的频率标准和频率分辨能力, 在光学频率原子钟和量子精密测量等领域发挥重要作用, 将其控温至零膨胀温度点可进一步有效提高超稳光学腔共振频率的稳定度。实验中构建了一套由超低膨胀系数的微晶玻璃材料制作的球型平凹 F-P腔, 镀有1560.5?nm和637.2?nm双波长高反多层介质膜, 放置于可以精确控温的超高真空系统中。利用射频调制边带法测量得到超稳光学腔的自由光谱区为3.145?GHz, 腔线宽～100?kHz, 得到超稳光学腔在设定波长的精细度可高达30?000以上。在此基础上通过倍频波导器件将1560.5?nm激光倍频至780.25?nm, 利用超稳光学腔共振频率和铷原子饱和吸收谱的对比, 获得超稳光学腔在不同温度下共振频率的精确数值, 根据相对腔长变化测量超稳光学腔系统的热膨胀特性, 拟合得到零膨胀温度为10.688±0.115?°C。高精细度光学腔提供了稳定的频率基准, 同时可有效压窄激光线宽, 抑制相位噪声, 是产生优质光源的重要工具。我们已将其优异的短期频率稳定性和极低的频率噪声应用于通过高稳定度的?637.2?nm红光腔增强倍频实现高稳定度的318.6?nm窄线宽紫外激光, 进一步用于铯原子单步里德堡直接激发和里德堡缀饰基态铯原子系综方面的研究。
F-P腔 零膨胀温度点 ULE超稳光学腔 热膨胀特性 F-P cavity the zero-expansion temperature ULE ultra-stable optical cavity thermal expansion characteristics
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西大学 光电研究所，太原
2 中北大学 理学院物理系，太原
3 极端光学省部共建协同创新中心，山西大学 ，太原
介绍了一种固态高功率318.6 nm紫外激光系统，通过1 560.5 nm和1 076.9 nm红外激光单次穿过PPMgO:LN准位相匹配晶体和频产生637.2 nm单频红光，之后637.2 nm激光经四镜环形腔增强偏硼酸钡（BBO）晶体谐振倍频产生~2W的窄线宽、连续可调谐的318.6 nm 紫外激光。基于此激光系统，研究了声光调制器（AOM）闭环主动反馈稳定318.6 nm 紫外激光功率，时域激光强度起伏由±11.12%抑制到了±0.08%，频域反馈环路响应带宽约13 kHz。之后将紫外激光结合铯冷原子磁光阱，研究了俘获损耗光谱。获得稳定的、窄线宽、连续可调谐的318.6 nm紫外激光，对研究铯里德堡原子间相互作用有重要意义。
固态高功率318.6 nm激光系统 窄线宽 连续可调谐激光 激光强度稳定 solid-state high power 318.6 nm enhanced laser sys narrow linewidth continuously tunable laser laser intensity stabilization
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
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±2.2K, TZ≈15.4±2.7K(TY≈11.6±1.1K, TZ≈2.8±1.2K)。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。
冷原子温度测量 磁光阱 偏振梯度冷却 光学粘团 简化的飞行时间荧光成像法 temperature measurement of cold atoms magneto-optical trap polarization gradient cooling optical molasses the simplified time-of-flight fluorescence imaging
1 北京创盈光电医疗科技有限公司, 北京 1001762
2 哈尔滨医科大学, 人体自身免疫疾病诊疗技术国家地方联合工程研究中心, 哈尔滨 150081
通过分析红光/近红外LED光照射治疗(LED光疗)对外周血单核细胞中疼痛相关炎症因子及趋化因子的表达影响, 研究红光/近红外光生物治疗对疼痛的抑制作用。在用人单核细胞THP-1评价红光/红外光的安全剂量的基础上制备健康成年人外周血单核细胞(PBMC), 进行红光/红外光照射处理后, 用荧光定量PCR法检测疼痛相关炎症因子及趋化因子的表达变化。结果显示, 经过红光/近红外LED光疗后, 与对照组相比, PBMC的CXCL12、CXCL13、CX3CL1、CCL4、CCR2、IL-4、IL-6和MMP2基因表达水平明显下调, 表明红光/近红外LED光疗可通过抑制PBMC中疼痛相关趋化因子及炎症因子表达发挥抗疼痛作用。此研究可为疼痛辅助治疗提供新的思路。
红光/近红外LED光照射治疗 外周血单核细胞 趋化因子 炎症因子 疼痛 red/near infrared light irradiation therapy peripheral blood monocytes chemokines inflammatory factors pain
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 复旦大学材料科学系，上海 200433
3 上海工程技术大学电子与电气工程学院，上海 201620
相位生成载波(PGC)解调技术具有高灵敏度、线性度好和动态范围广的优点，因此广泛应用于分布式光纤传感器中。本文提出了一种单路微分相除和微分自相乘的PGC(PGC-SDD-DSM)解调算法，该解调算法对载波相位调制深度和光强度干扰均不敏感。仿真实验显示，与PGC单路微分相除(PGC-SDD)解调算法、传统的PGC微分交叉相乘(PGC-DCM)和PGC反正切(PGC-Arctan)解调算法相比较，改进的PGC解调算法具有最佳的解调效果。将改进的PGC解调算法应用在光纤干涉传感器中，实验结果表明改进的解调算法能有效抑制光强和载波调制深度引起的失真。待测信号的频率为1 kHz，幅度值为2 rad，在引入1.5 rad的载波调制深度和 0.7 rad的光强干扰深度时，实验系统中使用改进PGC解调算法的解调结果信纳比(SINAD)可以达到35.56 dB，与使用传统的PGC-DCM、PGC-Arctan和PGC-SDD解调算法相比较分别高出10.87 dB、24.19 dB和6.38 dB，同时系统的稳定性得到了提升。该技术有效地促进了光纤传感器领域的技术研究。
1 北京无线电计量测试研究所，北京 100039
2 山西大学光电研究所，量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学，省部共建极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
里德堡原子具有较大的电偶极矩，可以作为一种对微波场强具有高灵敏度的传感器。制备铯里德堡原子需要852 nm和509 nm单频窄线宽可调谐激光系统，目前的509 nm激光系统多为实验室用样机，稳定性和实用性较差。本文提出了一种结构稳定的猫眼式激光系统，该系统可实现200 mW，1018 nm和50 mW，852 nm单频激光输出，采用电流、压电调节方式实现激光波长调谐和频率锁定；将1018 nm激光作为种子源，激光经过窄线宽掺镱光纤放大器后将功率放大至5 W，之后进入光纤耦合式单通掺氧化镁周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体进行倍频，实现了大于470 mW的509 nm激光输出。基于此激光系统实现了n＝67的里德堡原子制备，得到了线宽约为5 MHz的D态电磁诱导透明光谱，为后续构建量子微波场强测量装置提供了核心单元。
激光光学 里德堡原子 电磁诱导透明 激光系统 微波电场
Author Affiliations
Abstract
Hunan Key Laboratory of Nanophotonics and Devices, School of Physics and Electronics, Central South University, Changsha 410083, China
A new unsaturated wind-chime model is proposed for calculating the formation time of the diffraction rings induced by spatial self-phase modulation (SSPM) in molybdenum disulfide suspension. To optimize the traditional wind-chime model, the concentration variable of 2D materials was introduced. The results of the unsaturated wind-chime model match quite well with the SSPM experimental results of molybdenum disulfide. Based on this model, the shortest formation time of diffraction rings and their corresponding concentration and light intensity can be predicted using limited data. Theoretically, by increasing the viscosity coefficient of the solution, the response time of the diffraction ring, to reach the maximum value, can be significantly reduced. It has advanced significance in shortening the response time of photonic diodes.
spatial self-phase modulation wind-chime model nonlinear optics Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 011901
