Author Affiliations
Abstract
1 College of Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China
2 Department of Physics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
3 Key Laboratory of Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
We demonstrate a two-component detection of a coherent population trapping (CPT) resonance based on virtually imaged phased array (VIPA). After passing through a VIPA, the two coupling lights with different frequencies in the CPT experiment are separated in space and detected individually. The asymmetric lineshape is observed experimentally in the CPT signal for each component, and the comparison with the conventional detection is presented. The shift of the CPT resonant frequency is studied with both the two-component and one-component detections. Our scheme provides a convenient way to further study the CPT phenomenon for each frequency component.
virtually imaged phased array coherent population trapping Chinese Optics Letters
2021, 19(8): 083001
介绍基于 85Rb原子相干布居囚禁(CPT)现象的微型原子钟的设计与实现，系统以 MSP430单片机作为主控芯片，实现电流源、TCXO和射频等功能模块，并与 CPT原子钟物理部分实现联调与整机封装，实现了高稳定度、低功耗的小型 CPT原子钟。整机体积只有 31 cm3，功耗为 660 mW，测得 10 MHz输出信号稳定度约为 2×10-10 s-1,4×10-11/1 000 s。系统采用全宽调制在 85Rb的D1线实现CPT原子钟方案，可提升 CPT共振谱线对比度，提高原子钟稳定度。
原子钟 相干布局囚禁 微型 atomic clock Coherent Population Trapping 85Rb 85Rb miniature 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(4): 649
1 中国科学院国家授时中心， 陕西 西安710600
2 中国科学院大学， 北京 100039
3 中国科学院时间频率基准重点实验室， 陕西 西安 710600
研究了基于相干布居囚禁(CPT)现象的平行线偏振相干激光所激发的87Rb原子，并获得了对比度较高的CPT共振信号。实验结果表明，平行线偏光激发方案是一种很有前途的能替代传统双色圆偏振光激发原子的实施方案。该方案结构简单，功耗小，有较好的用于高稳定度小型化CPT原子钟的前景。
物理光学 高对比度原子钟 相干布居囚禁 线偏振光 圆偏振光 光学学报
2015, 35(s1): s102002
1 湖北大学物理学与电子技术学院, 湖北 武汉 430062
2 长江大学工程技术学院, 湖北 荆州 434020
Silberberg等利用三芯耦合光波导的暗态现象,实验研究了非线性对相干布居囚禁量子效应的影响。 然而,对该三芯耦合波导中的非线性传输特征数值计算的研究表明,相干布居囚禁与光波导的非线性自囚禁 两种效应都可以导致波导中暗态的产生,当两种效应同时作用时,则导致暗态现象的破坏。因此,仅从暗态的 变化研究非线性对相干布居囚禁的影响是不完备的。在相干布居囚禁的理想条件下,非线性影响暗态的阈值功 率趋于无穷大,这意味着理想相干布居囚禁量子效应不受限于系统的非线性效应。
非线性光学 暗态 数值模拟 三芯耦合波导 相干布居囚禁 自囚禁 nonlinear optics dark state numerical simulation three-core coupled waveguide coherent population trapping self-trapping
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室
2 山西大学光电研究所, 山西 太原 030006
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。
相干布居俘获 原子磁强计 弱磁场测量 铯原子 Coherent population trapping atomic magnetometer weak magnetic field measurement cesium atoms
1 海军工程大学, 湖北 武汉 430033
2 海军北海舰队, 山东 青岛 266000
CPT磁力仪是一种用于微弱磁场测量的新型高灵敏度原子光学磁力仪, 针对 CPT磁力仪垂直腔面发射激光器电流调制需要产生低相位噪声调制信号, 提出了一种基于锁相环频率合成器的方案。该方案从 CPT磁力仪的基本原理出发, 分析了 CPT磁力仪对调制信号的频率要求, 根据锁相环频率合成基本原理, 采用锁相环仿真软件 ADIsimPLL完成了频率合成器中关键模块参数的确定, 产生了高精度、低相噪以及杂散性好的 3.4 GHz频率信号, 并对系统性能进行了仿真分析。经仿真测试表明, 锁相效果良好, 性能可靠, 可以满足 CPT磁力仪的研制。
CPT磁力仪 垂直腔面发射激光器 激光调制 锁相环 相位噪声 coherent population trapping (CPT) magnetometer vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) laser modulation phase-locked loop phase noise
1 贵州民族大学 计算机与信息工程学院, 贵阳 550025
2 贵州民族大学 理学院, 贵阳 550025
研究了少周期脉冲串作用下三能级原子中的布居转移和相干布居捕获现象.在非旋波近似的情况下求解了密度矩阵方程.研究结果表明在等时间间隔的锁相脉冲作用下, 系统能级的布居逐步转移并积累, 系统基态相干也逐步积累.在满足脉冲重复频率为基态能级频差的整数分之一倍时, 三能级系统和频率梳中两梳齿频率成分作用形成相干布居捕获现象, 原子暗态布居值达到最大, 介质对脉冲透明.在适当选取少周期脉冲参量的情况下, 在0.5个ns的时间内三能级系统相干性演化到最大后到达稳态, 相干布居捕获发生.与脉宽为100个fs的多周期脉冲相比, 少周期脉冲串在介质中建立相干布居捕获的时间缩短两个数量级.由于频率梳中与三能级系统发生作用的梳频成份有相同的频移, 相干布居捕获的条件双光子共振仍然满足.因而,当两基态能级频率差较大时, 如果选取少周期脉冲载波频率为系统能级1至2和1至3的传输频率之和的一半ω=(ω1+ω2)/2, 室温下原子热运动的引起的多普勒频移并不会破坏相干布居捕获.
相干布居捕获 少周期脉冲 频率梳 量子相干 非旋波近似 Coherent population trapping Few cycle pulse train Frequency comb Quantum coherence Without rotating wave approximation
根据Ramsey-CPT原子频标对脉冲微波源高性能小型化的要求, 采用直接数字频率合成器激励锁相环频率合成器, 再结合可编程数字功率衰减器和阻抗匹配电路,从而实现具有高稳定度、高分辨率、快跳频速度、低相位噪声、 小体积、小步长扫描的脉冲微波源。比较应用于Ramsey-CPT原子频标的脉冲微波源方案,介绍脉冲微波源的基本原理, 简述其具体实现方法,并通过仿真优化得到最佳的输出性能。实现的脉冲微波源具有优良的技术性能, 进一步提高了Ramsey-CPT原子频标输出频率的性能。同时,达到了设计小型化的要求,有利于Ramsey-CPT原子频标的便携式应用。
激光物理 原子频标 拉姆齐干涉-相干布居囚禁 脉冲微波源 锁相环 可编程数字功率衰减器 laser physics atomic frequency standard Ramsey-coherent population trapping pulse microwave source phase-locked loop digital step attenuator
1 中国科学院武汉物理与数学研究所， 湖北 武汉 430071
2 武汉国家光电实验室， 湖北 武汉 430074
设计并实现了一种通过原子对激光的吸收光谱研究被动型相干布居囚禁(CPT)原子钟所使用的垂直腔面发射激光器(VCSEL)特性的实验方法。通过切换输入VCSEL的微波功率，实验记录原子对单色和调频多色激光的吸收谱，借助光谱分析研究了VCSEL激光管自身温度变化速度、微波功率变化造成VCSEL的温度变化及VCSEL输出波长随温度的变化等特性，以及通过所实现的光谱直接测量所用VCSEL制备CPT态的效率。该方法为CPT原子钟所用的VCSEL提供了一个有用的测试、研究平台，对于原子钟的研制和VCSEL研究具有实际价值。
光谱学 相干布居囚禁 原子钟 垂直腔面发射激光器 微波 激光物理
1 中国科学院武汉物理与数学研究所, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
介绍了为实现小型化相干布居囚禁(CPT)原子频标的激光频率锁定, 用以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的数字控制电路将激光频率锁定在多普勒吸收峰的工作。以同样的控制方法将微波频率锁定在电磁感应透明(EIT)峰上之后, 实现了CPT原子频标样机整机锁定。基于FPGA用Verilog语言实现的CPT原子频标数字伺服系统具有电路结构清晰紧凑、参数设置更改方便、程序查错容易、功耗低、温度系数小等优点。受益于语言编写及数字电路的特点, 系统具有移植性和一致性好的优点。所研制出的CPT频标样机功耗4 W, 稳定度达到6×10－11τ－1/2, 表明该数字伺服电路方案是可行的。
激光物理 原子频标 激光稳频 数字伺服 相干布居囚禁
