王玉平 1,2,*朱磊 3仲嘉琪 3王谨 3[ ... ]令维军 1,2
作者单位
摘要
1 天水师范学院 电子信息与电气工程学院,天水 740001
2 集成电路封装测试教育部工程研究中心,天水 740001
3 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,武汉 430071
提出一种基于同位素原子饱和吸收谱稳频的拉曼激光方案,并应用于原子干涉仪激光系统的小型化。该方案使用同位素原子吸收泡代替现有拉曼光方案中的移频或调制光学器件,以实现拉曼激光的稳频和失谐,使光路和电路同时简化。针对85Rb原子干涉仪,87Rb原子D2线的饱和吸收谱被用于对拉曼激光进行稳频,稳频后的拉曼激光红失谐在GHz量级,线宽约为80 kHz。将该拉曼激光用于原子干涉仪获得了对比度为20%的干涉条纹,重力测量的灵敏度为345 μGal/Hz1/2。连续24 h重力测量数据的阿伦方差显示原子干涉仪的分辨率约为2×10-8g@7 500 s。该拉曼激光的频率噪声引起的单次重力测量噪声优于1 μGal,完全可以满足μGal量级的重力测量需求。该拉曼激光方案有助于推动原子干涉仪激光系统的小型化、轻量化和实用化。
原子干涉 激光冷却 拉曼激光 饱和吸收谱 电光调制器 Atom interferometer Laser cooling Raman laser Saturated absorption spectrum Electro-optic modulator 
光子学报
2024, 53(1): 0114004
作者单位
摘要
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
作者单位
摘要
1 解放军某部, 湖北 武汉 430000
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
在各种冷原子干涉测量系统中, 磁光阱(Magneto Optical Trap, MOT)、补偿及偏置磁场控制是不可或缺的关键技术, 稳定、快速的磁场控制直接影响着原子冷却囚禁、干涉等过程中原子团的精密操控。设计了一套高性能的精密磁场控制系统, 电路结构上通过采用精密放大器驱动的低噪声恒流源拓扑, 以降低磁场驱动电流的噪声水平; 控制方式上采用模拟PID+扰动抑制的控制策略, 以提高磁场驱动电流的开关速度。实验室环境下测试结果表明: 当磁场驱动电流输出为1 A的情况下, 电流开启时间优于300 μs, 关断时间优于50 μs, DC(0 Hz)~250 kHz频率范围内总体电流噪声优于-80 dB。最终, 通过在冷原子绝对重力仪/重力梯度仪与冷原子陀螺系统中的应用测试, 所设计的磁场控制模块满足了冷原子干涉系统控制需求, 达到了预期效果。而且通过自主研制, 解决了对商用磁场控制模块的依赖, 促进了量子测量装置的装备化。
精密磁场控制 冷原子干涉仪 恒流源 模拟PID反馈控制 快速电流开关 precision magnetic field control cold atom interferometry constant current source analog PID feedback control fast current switching 
光学与光电技术
2023, 21(6): 0117
作者单位
摘要
华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心, 湖北武汉 430223
冷原子绝对重力仪和冷原子重力梯度仪在外界动平台上的精度相较实验室精度差距较大, 其中最主要的振动噪声目前已经有较为成熟的方案进行抑制, 而由于载体转动引起的姿态噪声目前尚未研究。从冷原子干涉仪的敏感机制入手, 推导了在姿态扰动情况下冷原子绝对重力仪和重力梯度仪的相位改变, 并利用双光子拉曼演化方程给出了相应的高阶灵敏度函数补偿方案, 提升了冷原子绝对重力仪和重力梯度仪在复杂环境下的灵敏度和环境适应性。
冷原子绝对重力仪 冷原子重力梯度仪 姿态扰动 高阶灵敏度函数 cold-atom absolute gravimeter cold-atom gravity gradiometer rotation fluctuation high-order sensitivity function 
光学与光电技术
2023, 21(3): 69
作者单位
摘要
华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心, 湖北武汉 430223
冷原子重力梯度仪利用原子的量子态叠加特性和物质波干涉特性测量绝对重力梯度信息, 具有高精度、低漂移、自校准等特性, 在深地/深海资源开发、地质灾害预警预防、战场环境建设与作战保障、地球科学研究等领域均具有重大潜在应用价值。简要描述了冷原子重力梯度仪的工作原理及实现方案; 综述了冷原子重力梯度仪的技术优势及国内外研究现状; 分析了冷原子重力梯度仪当前面临的痛点、难点问题, 并对部分问题提出了解决方案, 总结了冷原子重力梯度仪的发展趋势。
重力梯度 冷原子 冷原子重力梯度仪 全张量重力梯度仪 资源勘探 gravity gradient cold atom cold-atom gravity gradiometer full tensor gravity gradiometer resource exploration 
光学与光电技术
2023, 21(3): 1
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Mathematical Sciences, College of Science, Princess Nourah bint Abdulrahman University, P.O. Box 84428, Riyadh 11671, Saudi Arabia
2 Department of Physics, College of Science, Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University (IMSIU), P.O. Box 5701, Riyadh 11432, Saudi Arabia
3 Department of Mathematics and Statistics, College of Science, Taif University, P.O. Box 11099, Taif 21944, Saudi Arabia
Recently, Kumar Gerry et al. [Phys. Rev. A 90, 033427 (2014) https://doi.org/10.1103/PhysRevA.90.033427] studied the coherence control in a six-level atom through solving the Schrödinger equation in the field-interaction representation. In this manuscript, we investigate the interaction between a six-level atomic system (SLAS) and a single-mode field initially prepared in a squeezed coherent state. We extend the Jeans–Cummings model to describe the interaction between the atom and the squeezed field (SF) and the system dynamics. We examine the time evolution of the atomic coherence, non-local correlation, statistical properties within the bipartite system in the presence and absence intensity-dependent coupling (I-DC) for different squeezing regimes of the field.
Atom-field interaction Squeezing effect Intensity-dependent coupling Coherence Nonlocal correlation 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(2): 2023039
作者单位
摘要
宁夏大学物理学院, 银川 750021
具有高储氢容量和可逆储氢性能的新材料的开发对氢能的大规模利用至关重要。基于第一性原理计算, 研究了Li原子和Ca原子单独修饰和共修饰VO2单层体系的H2分子存储性能。结果表明Li原子和Ca原子均能稳定结合在VO2单层表面而不产生金属团簇。单个Li原子和Ca原子分别最多可稳定吸附3个和6个H2分子, 且H2分子平均吸附能均大于0.20 eV/H2。吸附体系差分电荷和态密度分析结果表明, 氢分子的极化机制以及氢分子与金属原子间的轨道杂化作用是H2分子在金属原子周围稳定吸附的主要原因。Li原子修饰体系的储氢质量密度随着Li原子覆盖度的增加而逐渐增加, 而Ca原子修饰体系的储氢质量密度在低金属覆盖度时较高; Li/Ca共修饰体系的储氢质量密度有所增加, 其储氢质量密度为5.00%(质量分数)。此外, 考虑了不同温度和压强条件下储氢体系的稳定性。
VO2单层 储氢 第一性原理计算 锂原子 钙原子 修饰 VO2 monolayer hydrogen storage first-principle calculation lithium atom calcium atom decoration 
人工晶体学报
2023, 52(11): 2014
作者单位
摘要
海军工程大学电气工程学院, 湖北 武汉 430033
采用灵敏度函数分析法对冷原子重力仪的噪声进行了分析,并基于各噪声对应的传递函数建立噪声传递模型,定量分析评估了振动噪声、拉曼光相位噪声和磁场噪声对重力测量灵敏度的影响。基于科里奥利力和稳定平台倾斜角等系统效应的修正公式,建立系统效应分析模型,定量分析评估了航向角偏差、速度偏差和纬度偏差对科里奥利力修正量的影响,以及倾斜角偏差对稳定平台倾角修正量的影响。仿真和部分实测数据表明,一方面,各噪声被限制到特定水平时,其对原子干涉灵敏度的影响仍可达μGal级;另一方面,1°的航向角偏差或0.1 m/s的速度偏差对科里奥利力修正量的影响可达1 mGal以上,1′的倾斜角偏差对稳定平台修正量的影响也可达0.42 mGal,说明噪声和系统效应的影响都是不容忽视的。因此,在动态条件下,冷原子重力仪必须进行噪声抑制和系统效应修正,才能获得预期的高灵敏度、高精度重力测量结果。
量子光学 重力测量 冷原子干涉重力仪 噪声分析 系统效应 quantum optics gravity measurement cold atom interference gravimeter noise analysis system effect 
量子电子学报
2023, 40(5): 700
高雁 1,2李雅 1,2刘海龙 1,2孙灿 1,2[ ... ]王海 1,2
作者单位
摘要
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
在87Rb冷原子系综中通过自发拉曼散射过程产生原子自旋波与光子的关联, 利用偏振干涉仪将与磁敏感自旋波关联的Stokes光子的两个空间模式编码为一个偏振量子比特, 产生磁敏感自旋波与光子的纠缠源。采用近共线装置和精确补偿地磁场, 纠缠源的寿命达到900s, Bell参量S=2.58±0.03。
光与原子纠缠源 磁敏感自旋波 纠缠寿命 偏振干涉仪 atom-photon entanglement magnetically field sensitive spin-wave entanglement lifetime polarization interferometer 
量子光学学报
2023, 29(1): 010601
作者单位
摘要
1 中国科学院福建物质结构研究所,结构化学国家重点实验室,福州 350002
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室),福州 350108
二阶非线性光学晶体材料通过倍频效应转换激光频率,并且调制激光的振幅和位相,在现代制造、激光医疗、光通信,以及基础科学研究领域都有重要用途。本文简要介绍了近年来在部分响应泛函方法的基础上发展起来的非线性光学原子响应理论。该理论使人们能够在第一性原理计算的基础上定量评估单个组成原子及轨道对非线性光学晶体材料倍频效应的贡献。在此基础上,本团队还发展了一套普适的以物理性能为标准的基团划分方案,为确定倍频效应的功能基元提供了概念基础。本工作对该理论方法的最新进展及其带来的一些新观点,如导带的作用、原子负贡献、静态偶极矩的作用、非共价基团的压倒性贡献、线性规律等进行解释和阐述,并给出了在新材料设计中的应用实例。
原子响应理论 非线性光学晶体 第一性原理 非共价相互作用 基团划分 部分响应泛函 atom response theory nonlinear optical crystal first-principle non-covalent interaction group division partial response functional 
人工晶体学报
2023, 52(7): 1270

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