Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Quantum Electronics, School of Electronics, Peking University, Beijing 100871, China
2 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
To obtain cold atom samples with temperatures lower than 100 pK in the cold atom physics rack experiment of the Chinese Space Station, we propose to use the momentum filtering method for deep cooling of atoms. This paper introduces the experimental results of the momentum filtering method verified by our ground testing system. In the experiment, we designed a specific experimental sequence of standing-wave light pulses to control the temperature, atomic number, and size of the atomic cloud. The results show that the momentum filter can effectively and conveniently reduce the temperature of the atomic cloud and the energy of Bose–Einstein condensation, and can be flexibly combined with other cooling methods to enhance the cooling effect. This work provides a method for the atomic cooling scheme of the ultra-cold atomic system on the ground and on the space station, and shows a way of deep cooling atoms.
momentum filter standing-wave pulse Bose–Einstein condensation optical dipole trap two-stage cooling space station Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 080201
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电子技术学院，北京 100049
深度冷却是超冷原子制备过程的关键步骤，是探寻极低温度的关键技术。详细阐述了一种用于87Rb原子深度冷却的集成化全光纤1064 nm激光系统的研制方案。激光器采用两级主振荡功率放大的方案，将单一种子源信号进行放大、分束和调控，输出4路具备独立控制的激光，作为制备超冷量子气体的交叉光阱的光源。经测试，激光器在功率、稳定性、噪声等各方面满足原子深度冷却的实验需求。在地面条件下进行的两级深度冷却预实验中，获得了10 nK以下的初步实验结果，这验证了激光器具备实现超冷原子深度冷却所需的全部功能。激光器集成了种子源、放大器和全功能光学平台的功能，其内部模块采用全光纤器件研制，具有集成化、数字化、高稳定、免调试、易维护等优点，经过简易改造能够应用于远程遥控和遥测的超冷原子项目中。
激光光学 激光囚禁 玻色-爱因斯坦凝聚体 光纤激光器 激光冷却
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电子技术学院，北京 100049
3 电子科技大学电子科学与工程学院，四川 成都 611731
4 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
射频蒸发冷却作为获取超冷原子简并量子气体的手段之一，对玻色-费米协同冷却的实现至关重要。为了在空间站上实现超冷量子简并气体，设计了一种特殊的射频天线。该天线被置于一个冷原子实验用真空腔内，与腔上集成的冷却、探测、光阱、磁阱、光晶格、Feshbach磁场等装置一同组成了通用型超冷原子物理实验系统，该实验系统满足载人航天工程在尺寸、重量、功耗、可靠性和电磁兼容性等方面的严格要求。利用有限元仿真方法对天线进行设计和评估，并在地面实验平台上对其各项性能指标进行测试和实验验证。结果表明，本设计除了能够降低90%的射频功率需求外，还能维持科学腔的超高真空水平，并具备良好的电磁兼容性，符合载人航天工程的要求。
量子光学 玻色-爱因斯坦凝聚体 射频诱导蒸发冷却 微波 Zeeman效应
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 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 101408
介绍了一种应用于空间超冷原子物理实验平台的二维磁光阱光机系统的集成优化设计方法，可获得高通量冷原子束流以满足后续三维磁光阱中冷原子的高装载率。二维磁光阱激光系统的主要光路包括冷却光、重泵光、推送光和缓冲光。首先，利用Zemax软件对光学系统进行设计和优化，使得成像系统的点列图均方根(RMS)半径均小于艾里斑，而且光学系统的调制传递函数(MTF)与衍射极限传递函数非常接近，系统具备优良的光学性能。在此基础上，利用Solidworks软件仿真完成了高稳定度、简单化、小型化光机结构的设计。针对4路光同时输入一个光机口的难题，提出了V-GROOVE光纤设计方案，进一步提高了所有光机组件的集成度。该系统在工程化的基础上实现了装载率约为1.89×108 /s的连续冷原子束流。
量子光学 二维磁光阱 激光冷却 原子装载 Zemax软件 Solidworks软件 中国激光
2022, 49(11): 1112001
1 昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093
2 昆明理工大学城市学院，云南 昆明 650051
3 昆明理工大学云南高校高原山区空间信息测绘技术应用工程研究中心，云南 昆明 650093
移动测量系统可同时采集三维激光点云、影像纹理及位置姿态数据，但使用影像照片与激光点云配准融合难以满足高效率和高重叠度的需求。针对这一问题，提出一种在移动测量下使用视频影像与激光点云配准的方法。利用定位定姿系统（POS）传感器提供的位置姿态数据，结合共线方程模型得到视频影像关键帧与激光点云初始配准值；利用基于Robust估计的选权迭代法提高初始配准值精度，确定配准参数的精确值；自视频影像生成立体密集匹配点云，并与三维激光点云进行最邻近迭代配准。实验结果表明，视频影像与车载激光点云的配准方法是可行的，配准精度高，能满足城市街道三维重建、部件采集、目标提取等量测应用需求。
视频影像 激光点云 配准 关键帧 移动测量系统 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1013001
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
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 100000
提出了一种利用红失谐高斯光束偶极力实现二维磁光阱长距离传输冷原子束的方案。利用二能级原子所受散射力公式分析并构造了 87Rb原子在光偶极阱二维磁光阱(2D-ODT MOT)中的受力公式,考虑了原子与背景气体碰撞的影响,利用四阶龙格-库塔法求解原子运动方程,获得原子的运动轨迹,统计并求出原子在不同高斯光束失谐以及功率条件作用下进入差分泵浦范围的原子数。实验验证了在红失谐高斯光束与原子束推送光相互组合的4种工作状态下科学实验腔中磁光阱冷原子装载情况。理论与实验结果表明:基于红失谐高斯光束的二维磁光阱长距离传输冷原子束的效果提升显著,科学腔原子装载效率明显提升、原子数目明显增加。
原子与分子物理学 二维磁光阱 光偶极力 冷原子束 直接蒙特卡罗模拟 光学学报
2021, 41(21): 2102001
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 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
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
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
