采用激光泵浦的方式实现了一种高灵敏度核磁共振磁力仪。该磁力仪采用87Rb-129Xe作为工作物质，利用共振激光泵浦极化性质活泼的碱金属原子87Rb，再通过自旋交换碰撞的方式使129Xe原子核自旋极化，在固定磁场和驱动磁场的作用下，原子宏观磁矩发生进动，且进动频率与固定磁场呈正比。当在固定磁场方向存在有外界磁场时，检测到的进动频率就会发生变化，通过检测进动频率的变化就可实现对磁场的精确测量。对此测磁方法的灵敏度、磁场响应线性度、分辨率等性能进行了测试，结果得到：测磁灵敏度为0.28pT/Hz1/2（@1 Hz），分辨率优于0.171 nT，且响应非线性度为0.662 6%。

结合光纤激光器、光纤放大器和非线性光学高效频率转换技术及准位相匹配材料, 服务于原子物理领域铯原子单光子跃迁里德堡激发的实际需求, 研究并掌握了产生3186 nm波长连续单频紫外激光的关键技术。采用1 5605 nm与1 0769 nm连续激光先通过单次穿过PPLN非线性晶体和频, 再经腔增强谐振倍频过程高效地产生了输出功率大于2 W的3186 nm紫外激光, 半小时内, 光功率的方均根起伏优于087%。采用电子学边带锁频方案, 实现了整个紫外激光系统在保持相对于高精细度超稳腔锁定条件下较大范围连续调谐, 其连续调谐范围大于4 GHz, 残余频率起伏约16 kHz。采用本文研制的高功率窄线宽可调谐3186 nm紫外激光系统, 在铯热原子气室中实现了6S1/2 →nP3/2(n=70~100)的单光子跃迁里德堡激发, 并对相关现象作了相关的理论分析与研究。采用纯光学探测方案观察到了3186 nm紫外激光对磁光阱中铯冷原子系综的单光子跃迁里德堡激发。

基于光纤延时声光调制器(AOM)频移自差拍法实验研究了不同线宽激光的功率谱特性，并作了相关的仿真分析；同时，提出了利用短光纤测量窄线宽激光器线宽的一种简单方法。当光纤延时时间小于激光器的相干时间时，自差拍频谱的3 dB带宽不能直接用于标定激光线宽。理论分析和实验均表明，此时激光的线宽信息主要由自差拍频谱中两翼的周期性振荡成分决定，几乎不受中央尖峰的影响。根据最小二乘法理论，对实验所测的自差拍频谱进行理论拟合可获得待测激光的线宽。该方案基本不受延时自差拍系统最小分辨率的限制，可以用于激光线宽的快速测量，特别是窄线宽激光的测量。

基于390 nm 紫光诱导的光致原子解吸附效应，实现了大磁场梯度磁光阱中少数原子快速和高概率的装载。实验中通过开启390 nm 紫光使吸附在真空气室内壁上的原子解吸附，从而有效地增加了背景铯原子数密度，降低了大磁场梯度磁光阱中原子的装载时间，同时研究了磁光阱中装载的原子数目对紫光参数的依赖关系。利用这种全光学控制的方法，最终获得了磁光阱中装载一个原子、两个原子、三个原子的概率分别为98.0%，95.0%，80.1%，这对于下一步利用光学手段实现远失谐光学偶极阱中单原子高概率快速的装载以及利用空间光调制器扩展偶极阱阵列，实现偶极阱阵列中每个阱中单原子快速高概率装载具有重要意义。

基于Hanbury Brown-Twiss (HBT)实验, 我们借助于两个单光子计数模块, 一个50／50分束器和一个快速计数卡(FastCom-P7888)研究了不同光场的二阶相干度。我们首先制备了脉冲相干光, 连续相干光以及单原子发出的单光子源, 并测量这几种不同光场的二阶相干度g(2)(τ)。我们通过测量俘获在磁光阱(MOT)和远失谐偶极阱(FORT)中的单原子在近共振连续激光激发下所辐射的荧光的二阶相干度,分别得到了g(2)(τ=0)=0.08和g(2)(τ=0)=0.09, 借助于实验中产生的脉冲光与单原子, 接下来我们将进行触发式单光子源的实验研究。

相干布居俘获(CPT)磁强计是基于原子系综中相干布居俘获相干叠加暗态使用全光学的方法对磁场进行测量,具有较高的精度。实验中使用注入锁定的方法得到频率差严格等于铯原子基态超精细分裂间距的两束大频差位相锁定的双色激光,观察到了铯原子气室中的CPT透射信号。给铯泡加入沿激光传播方向的纵向磁场,可观察到变宽或分裂的CPT信号,通过对分裂间距的测量便可得到待测磁场值。对于中等强度的磁场,可通过透射峰的裂距直接得到待测磁场值;弱磁场区域则可通过电流与磁场的对应关系得到。目前,实验中可测量nT量级的稳定磁场。

详细介绍了两套频差为9.2 GHz且相位锁定的Raman激光系统的产生方法、判定方法、优缺点及其在铯原子基态相干操控中的应用。通过饱和吸收谱和法布里珀罗腔的透射信号初步判断两束相位相干光频率差，通过拍频实验进一步证实了两束相干光的频率的相对稳定度。利用自由光谱区约为18.4 GHz的控温标准具把激光器锁定在相对于铯原子D2跃迁线负失谐约为10 GHz的频率上，实现了相位相干光的大频差锁定。实验上实现了单个铯原子在磁光阱(MOT)和偶极力阱(FORT)中基态超精细态的制备和检测。利用上述系统完成单个铯原子基态的任意相干叠加态的制备，从而实现量子比特。