Yafeng Huang 1,2Di Hu 1Meifeng Ye 1,2Yating Wang 1,2[ ... ]Tang Li 1,**
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Space Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
We demonstrate an ultrastable miniaturized transportable laser system at 1550 nm by locking it to an optical fiber delay line (FDL). To achieve optimized long-term frequency stability, the FDL was placed into a vacuum chamber with a five-layer thermal shield, and a delicate two-stage active temperature stabilization, an optical power stabilization, and an RF power stabilization were applied in the system. A fractional frequency stability of better than 3.2×10-15 at 1 s averaging time and 1.1×10-14 at 1000 s averaging time was achieved, which is the best long-term frequency stability of an all-fiber-based ultrastable laser observed to date.
fiber delay line frequency stability ultrastable laser 
Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 031404
刘乾 1,2谢昱 1,2李琳 1,2梁昂昂 1,2[ ... ]吕德胜 1,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
实验参数的优化调整在冷原子实验中是最基础且最重要的工作,优良实验结果的获得离不开实验参数的不断优化。提出了一种基于人工神经网络的超冷原子实验多参数自主优化方案。首先,详细介绍了神经网络结构的设置、自优化的学习策略。然后,将神经网络与全局最优化模拟退火算法相结合搭建了相应的多参数自主优化系统。最后,进行了利用直接蒙特卡罗模拟方法模拟磁光阱中冷原子动力学行为的实验,对所提系统的性能进行了验证。实验结果表明,经过约30 h的优化迭代,所提方案有效完成了对冷原子动力学行为实验系统输入参数的优化,并得到了一个稳定、有效且最优的实验结果。
量子光学 激光冷却 磁光阱 人工神经网络 直接蒙特卡罗模拟 
中国激光
2021, 48(24): 2412001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
In this article, taking advantage of the special magnetic shieldings and the optimal coil design of a transportable Rb atomic fountain clock, the intensity distribution in space and the fluctuations with time of the quantization magnetic field in the Ramsey region were measured using the atomic magneton-sensitive transition method. In an approximately 310 mm long Ramsey region, a peak-to-peak magnetic field intensity of a 0.74 nT deviation in space and a 0.06 nT fluctuation with time were obtained. These results correspond to a second-order Zeeman frequency shift of approximately (2095.5±5.1)×10-17. This is an essential step in advancing the total frequency uncertainty of the fountain clock to the order of 10-17.
Zeeman effect hyperfine structure atomic clock magnetic-sensitive method 
Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 120201
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 电子科技大学电子科学与工程学院, 四川 成都 611731
高精度空间冷原子钟在基础物理研究、导航定位系统,以及深空探测领域均有重要应用。为此,设计了一种结合激光冷却与原子原位探测方案的新型微波腔,在该微波腔中心可以俘获与冷却铷原子,然后在微重力环境下对冷原子样品开展原子钟操作。该方案相对于已有的空间冷原子钟方案,在减少冷原子损耗、死时间占比和分布腔相移上具有较大的优势。分析了微波腔的详细结构与光学设计,确定了微波腔需要的基本参数,并对微波腔内部的微波磁场进行了仿真分析。在已完成研制的微波腔内开展特性测试,测试与仿真结果说明,所设计微波腔的性能可以满足不确定度优于1×10 -16的高精度空间冷原子钟的要求。
测量 冷原子钟 激光冷却 微波腔 微重力 原位探测 
中国激光
2019, 46(9): 0901006
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A high-performance transportable fountain clock is attractive for use in laboratories with high-precision time-frequency measurement requirements. This Letter reports the improvement of the stability of a transportable rubidium-87 fountain clock because of an optimization of temperature characteristics. This clock integrates its physical packaging, optical benches, microwave frequency synthesizers, and electronic controls onto an easily movable wheeled plate. Two optical benches with a high-vibration resistance are realized in this work. No additional adjustment is required after moving them several times. The Allan deviation of the fountain clock frequency was measured by comparing it with that of the hydrogen maser. The fountain clock got a short-term stability of 2.3×10 13 at 1 s and long-term stability on the order of 10 16 at 100,000 s.
020.3320 Laser cooling 120.3940 Metrology 270.2500 Fluctuations, relaxations, and noise 270.5570 Quantum detectors 
Chinese Optics Letters
2019, 17(8): 080201
吕挺 1,2段玉雄 1,2项静峰 1,2任伟 1[ ... ]屈求智 1,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
对780 nm声光调制器(AOM)的温度响应进行了详细的理论计算,发现AOM衍射光偏振角的温度响应系数远大于衍射效率和衍射角的温度响应系数。针对AOM衍射光偏振角的温度响应,在地面实验室环境下对其进行了实验验证。在空间微重力环境下,AOM的温度响应可能会成为制约空间项目光学平台工作温度范围和性能指标提高的主要因素之一。基于AOM在实际空间应用中的脉冲工作模式,通过仿真建模给出了AOM声光晶体温度随环境温度的变化曲线,并给出了优化措施。
测量 声光调制器 温度响应 空间应用 激光冷却 
光学学报
2017, 37(8): 0812001
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
基于1560 nm 激光单次通过PPLN 晶体倍频到780 nm 激光的实验,分析了准相位匹配倍频过程中非线性转换系数与温度之间的关系。详细计算了考虑晶体极化周期的热膨胀时,晶体非线性转换系数和匹配温度的变化。采用有限元的方法,计算了激光穿过PPLN 晶体时,整个晶体和出射端面的温度场分布,并由此给出了出射面的非线性转换系数的分布情况,重点分析了晶体尺寸、光功率及散热方式对热效应的影响。仿真结果表明:增加晶体的宽度、采用导热性能好的材料作散热材料,并采用四面包围的散热方式有利于晶体的散热。
非线性光学 热效应 有限元分析 PPLN 晶体 倍频 
中国激光
2015, 42(7): 0708002
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory for Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
In this Letter, we describe an optical assembly that is designed for the engineering application of the atomic laser cooling techniques. Using a folded optical path scheme, we have built a miniaturized, compact magneto-optical trap (CMOT) for an Rb87 atomic fountain clock. Compared with the conventional magneto-optical traps used in other clocks, our system is more robust, more compact, more stable, and saves about 60% laser power. This optical setup has operated for about a year in our fountain system, passed the thermal cycle tests and the mechanical vibration and shock tests, and maintained a high performance without a need for realignment.
140.3320 Laser cooling 130.0130 Integrated optics 
Chinese Optics Letters
2015, 13(6): 061405
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
介绍了空间激光冷却原子钟地面原理样机的实验进展。该样机是以在空间微重力条件下应用为目标而研制的超高精度激光冷却铷原子钟,主要由物理单元、光学单元、微波单元和控制单元四个部分组成。该原理样机已经成功研制了空间冷原子钟所需要的超高真空系统、激光冷却光学平台、高性能微波源以及微波环形腔,实现了全过程自动运行,并获得了在地面重力条件下标志原子钟信号精度的Ramsey 条纹,确定了高精度空间冷原子钟的主要科学参数和技术指标,为进一步空间工程应用奠定了科学和技术基础。
原子与分子物理学 激光冷却 原子频标 集成光学 空间应用 
中国激光
2015, 42(9): 0902006
作者单位
摘要
1 中国科学院上海精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院上海精密机械研究所空间激光信息技术研究中心, 上海 201800
介绍了一种基于空间冷原子铷钟的激光冷却光学平台设计。该平台是我国以空间工程应用为目标而研制的激光冷却原子光学平台,能够为空间冷原子钟提供5路连续单模稳频激光,用于冷原子的制备、操控、选态和探测。该平台采用分布布拉格反射(DBR)激光器作为87Rb原子激光冷却光源,所有光机组件通过小型化、模块化设计集成在一块300 mm×290 mm×10 mm的铝基碳化硅基板上,通过力学仿真分析优化结构设计、热仿真分析优化基板热设计,使该平台满足航天设备设计要求。经过地面严格的环模实验测试,证明该光学平台同时具备高精度、高稳定性和高可靠性,可长时间稳定工作而无需人工调节,可广泛应用于各种需要激光冷却操控原子技术的科学研究和工程项目。
原子与分子物理学 激光冷却 原子频标 集成光学 空间应用 
光学学报
2015, 35(6): 0602003

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