1 晋中学院 物理与电子工程系, 山西 晋中 030619
2 晋中学院 材料科学与工程系, 山西 晋中 030619
为实现锶原子光钟的空间应用,采用永磁体塞曼减速器,可有效规避塔状线圈造成的高功耗和体积占比大的问题,利于光钟的空间化发展。基于永磁体构建锶光钟的环状和柱状塞曼减速器,在减速原理、磁场构建和样品研制方面各有优劣,利用多普勒测速法可对两种减速器的减速效率进行测量,可将两种减速器的减速分布曲线累计分布后对比。实验结果表明: 两种永磁体塞曼减速器都达到一定减速效果,但环状永磁体塞曼减速器在体积和减速效果上,相较单x方向的柱状永磁体塞曼减速器,体积减少了60%,重量减少了80%,减速效果部分区域效率高一倍,因此优势更为显著。进一步采用环状永磁体塞曼减速器俘获锶原子的三种同位素,完成了小型化锶原子光钟的一级俘获,满足零功耗、体积小的紧凑化光钟设计需求。
激光技术 塞曼效应 光钟 永磁体 塞曼减速器 laser techniques Zeeman effect optical clock permanent magnet Zeeman slower
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200241
基于激光冷却技术,理论研究了冷却光参数对镱原子永磁体塞曼减速器的影响。通过对冷却光的光强、有效系数进行计算分析,得到永磁体塞曼减速器的最佳长度。研究永磁体塞曼减速器磁场分布对冷却光偏振和失谐量的依赖关系,发现将塞曼捕获速度设为310 m/s时,若采用失谐量为-400 MHz的σ-光,永磁体塞曼减速器的磁场幅值可较小,此时原子在塞曼减速器末端更容易脱离共振减速过程。根据优化后的冷却光参数,本文结合磁偶极子模型,提出了适用于冷镱原子光晶格钟的横向磁场永磁体塞曼减速器,为星载钟以及可搬运光钟的发展奠定基础。
激光冷却 塞曼减速 永磁体 失谐量 饱和光强 laser cooling Zeeman slower permanent magnet detuning saturation intensity
航天工程大学 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
基于激光冷却与囚禁原理的原子阱痕量分析技术, 可以对氪的放射性同位素进行高灵敏度检测, 在地球物理与环境科学领域具有广泛应用。塞曼减速器可用于产生连续低速的原子束流, 是原子阱痕量分析系统中的关键部件之一。采用永磁体设计的塞曼减速器组装和调试方便, 磁场强度稳定, 且不需要恒流电源和冷却装置, 因此获得了越来越多的关注和研究。文中基于环形永磁体设计了一种用于氪原子的塞曼减速器, 通过有限元分析得到了减速器磁场的空间分布, 根据设计参数制造了环形永磁体塞曼减速器, 测量了轴线上的磁场分布。减速器长度51.2 cm, 有效减速区域长度46.9 cm, 实测磁场与理论减速磁场最大偏差小于3.6 G, 平均偏差1.3 G。进一步模拟了原子束流在设计磁场和实测磁场下的减速过程, 并分析了磁场的径向变化对于原子束流减速的影响规律, 结果表明: 当原子束流直径小于20 mm时, 该塞曼减速器可将初速度最大为250 m/s的氪原子减速至50 m/s。
塞曼减速器 激光冷却与囚禁 永磁体 原子束流 氪 Zeeman slower laser cooling and trapping permanent magnet atomic beam Krypton 红外与激光工程
2019, 48(5): 0520004
1 黄冈师范学院,湖北 438000
2 中国科学院国家授时中心,西安 710600
3 中国科学院大学,北京 100049
锶光钟小型化系统中,利用Doppler测速法对小发散角锶原子的速度分布进行了测量。从锶炉喷出原子束的最可几速率为440 m／s,经过永磁体塞曼减速器减速后原子的速度最低可降低至80 m／s。验证了在原子行进过程中设置的减速磁场即永磁体塞曼减速器,能够对原子进行有效减速,进而提高俘获冷原子的数目。实验中采用的Doppler测速法装置简单,易于操作,可直接探测原子束的速度分布曲线。
小发散角 永磁体塞曼减速器 Doppler测速法 small divergence angle permanent Zeeman slower Doppler anemometry
1 中国科学院时间频率基准重点实验室(国家授时中心), 陕西 西安 710600
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
研究了用于锶原子光晶格光钟原子冷却的塞曼减速器，应用增添补偿线圈的方法可以延长减速器的有效减速距离和增大减速器末端的磁场梯度，进而增加一级冷却俘获锶原子的数目，理论分析采用该方法实现的塞曼减速器较使用单一线圈塞曼减速器可以增加31.17%的俘获原子数目; 飞行时间法测量了减速前后原子束中原子的速度分布，原子的最可几速度由380 m/s降为43 m/s，分布线宽相应变窄。荧光法测量俘获原子数目表明在相同实验条件下，应用补偿线圈后磁光阱俘获原子数目从1.26×106提高到1.81×106，增加30.4%。
原子与分子物理学 塞曼减速器 磁光阱 冷原子 atomic and molecular physics cold atoms Zeeman slower magnetic-optical trap
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
2 Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We build a Zeeman slower with consecutive coils and use it to load an Yb magneto-optical trap (MOTs). Cooling efficiency is measured by the fluorescence intensity of the atomic cloud trapped by the MOT. An optimized magnetic field profile can acquire the maximum cooling efficiency, corresponding to a good compromise between the smaller magnetic field mismatch and the high capture velocity. Our studies provide useful information on how the performance of the Zeeman slower can be improved.
塞曼减速器 原子冷却 磁光阱 镱原子 020.3320 Laser cooling 020.7010 Laser trapping 020.7490 Zeeman effect Chinese Optics Letters
2011, 9(1): 010201
1 北京大学 信息科学技术学院,北京 100871
2 中国计量科学研究院电学与量子科学研究所,北京 100013
介绍了一种以电脑程序模拟计算线圈分布的方法,以精确匹配作为锶原子光晶格钟中作为冷却装置的塞曼减速器的理论塞曼磁场。说明了优化设计程序的算法结构及基本流程,并对实验中的实际塞曼磁场和锶原子光晶格钟磁光阱信号进行测量。这种设计方法完全基于电脑程序的模拟运算,可以根据实际情况改变物理参数和磁场模型,并迅速有效地计算出与之匹配的线圈分布。计算磁场相对于理论磁场的均方根(RMS)达到2.17×10-4 T,实现了较高的磁场匹配度。
原子与分子物理 原子冷却 塞曼减速器 锶原子光晶格钟
1 中国科学院国家授时中心,陕西 西安 710600
2 中国科学院 研究生院,北京 100049
利用塞曼减速法在磁光阱(MOT)中实现锶原子一级冷却,使用塞曼减速器对进入阱区前的热原子束进行减速,实验时该减速器线圈通入10.2 A电流,阱区反亥姆霍兹线圈通入10 A电流时,中心区域线性磁场梯度为4 mT/cm,用于冷却和俘获的激光波长为461 nm,其对应于锶原子(5s2)1S0→(5s5p)1P1的能级跃迁。通过实验获得了锶4种同位素的冷原子团、探测到相应的冷原子荧光光谱,并且测定其中88Sr,87Sr和86Sr的冷原子数目分别为1.759×106,1.759×105和2.638×105。
量子光学 冷原子 塞曼减速 锶原子
