光学 精密工程
2022, 30(11): 1337
光子学报
2021, 50(11): 1114001
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，西安 710600
2 中国科学院大学 天文与空间科学学院，北京 100049
本文聚焦于小体积、低能耗和高减速效率的Zeeman减速器的研制，首先在12组通电线圈磁场的基础上制作了环状永磁体，但是测得永磁体在MOT腔中心位置剩余磁场仍有27Gauss，严重影响锶原子的一级冷却与俘获。针对这一问题我们研制了长度为10 cm的小型线圈减速器，同时为减少线圈发热进一步提出对称磁场理论。用小型减速器装配物理系统后，我们对锶原子束的速度分布曲线进行探测与分析，可知锶原子束的最概然速度由460 m/s减小至75 m/s，减速后的原子在磁光阱中被进一步冷却，实现了锶原子的一级冷却与俘获，通过荧光收集法测出俘获原子数目为2×106，在加入679 nm和707 nm反抽运光后，俘获原子数目提升了约7倍。
空间锶原子光钟 Zeeman减速器 环状永磁体 space strontium atomic optical clock Zeeman slower ring-shaped permanent magnet
1 黄冈师范学院,湖北 黄冈 438000
2 中国科学院国家授时中心,陕西 西安 710600
真空锁频系统是实现激光稳频的重要组成部分,在该系统中产生高分辨互组跃迁荧光谱((5s2)1S0→(5s5p)3P1)是分析原子谱线相关特性及精确测量跃迁频率等参数的前提。本文通过将装载有毛细管的准直器置于锶炉内,从源头减小原子束的发散角,将原子束的发散角减小至31 mrad。即减小原子束的横向速度,进而减弱光与原子作用的一阶多普勒频移,实验最终得到分辨率较高且线宽为26 MHz的互组跃迁荧光谱。锶原子互组跃迁荧光谱特性的相关研究对于光晶格原子钟锁频系统的建立具有重要意义,因此本文从实验上探讨并分析了锶炉温度和激光光强等因素对互组跃迁荧光谱的影响。
荧光谱线 原子束准直器 互组跃迁 锶原子光钟 fluorescence spectroscopy atomic beam collimator intercombination transition strontium optical clock
1 中国科学院国家授时中心 时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 中国科学院大学 天文与空间科学学院，北京 100049
为了实现87Sr原子光钟的闭环运行，根据将超稳激光频率锁定在钟跃迁超精细能级自旋极化谱双峰中间的锁频原理，设计和实现了锶原子光钟闭环控制系统。首先，详细分析了87Sr原子光钟闭环运行的具体需求, 包括冷原子制备及钟跃迁探测、闭环锁定等阶段中所需要的控制信号及其时序; 然后，根据该需求设计了时序控制和频率控制的物理系统; 最后，利用LabVIEW虚拟仪器开发平台和NI硬件系统设计了87Sr原子光钟的闭环运行的自动化控制程序。实验结果显示，采样时间为3 000 s的光钟频率稳定度为5.7×10-17，拟合得到的环内稳定度为5×10-15/τ1/2，表明该控制系统的精度符合锶原子光钟的闭环运行要求。
锶原子光钟 闭环 控制系统 稳定度 虚拟仪器. strontium optical clock closed-loop auto-control system frequency instability virtual instrument 光学 精密工程
2018, 26(10): 2546
1 西安航空学院 理学院 物理系, 西安 710077
2 西安科技大学 理学院 物理系, 西安 710054
为了研究碱土金属类的中性锶原子在多普勒冷却激光场中的冷却特性, 从Heisenberg方程出发, 采用激光冷却理论分析得到锶原子在能级跃迁(5s2)1S0~(5s5p)1P1 1维驻波激光光场和3维磁光阱中冷却效果与激光强度、失谐量等冷却激光场参量的关系。结果表明, 当锶原子处在1维驻波激光光场中且在弱激光光场、频率小失谐条件下, 锶原子所受耗散力与这两个参量呈线性关系, 但当两个参量增长至一定程度时耗散力呈现饱和现象; 当锶原子在3维磁光阱中且当阱中激光光场的频率失谐为-16MHz时, 碱土金属锶原子有最低冷却温度, 约为0.76mK。对多普勒冷却光场中性锶原子特性的分析为其它碱土金属类原子的冷却研究提供了一定的理论指导。
激光技术 冷锶原子特性 激光多普勒冷却 碱土金属 laser technique characteristics of cold Sr Doppler laser cooling alkaline-earth metal
1 中国科学院 国家授时中心 时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现中国科学院国家授时中心研制的锶原子光晶格钟钟跃迁的自动化探测, 设计了完整的自动控制系统。该系统主要由延迟精度与同步精度在μs 量级的时序控制系统和满足要求的激光频率扫描系统组成。两个控制系统均通过LabVIEW软件编程及虚拟仪器控制光场和磁场。完成了锶原子的两级冷却和光晶格囚禁, 最终得到了高信噪比载波线宽为180 Hz的锶原子1S0-3P0钟跃迁谱线。谱线展现了高信噪比和窄线宽的特点, 表明整个锶原子光钟系统的运行较为稳健, 整个控制系统满足实验对于控制精度的需求, 实现了锶原子光钟系统的自动化操作与控制。该控制系统具有一定普适性, 也可拓展至需要对光场及磁场进行控制的其他系统中。
锶原子光晶格钟 时序控制 谱线扫描控制 虚拟仪器 strontium optical lattice clock sequence control spectral scanning control virtual instrument
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
通频带是原子共振滤波器的重要参数。本文研究了不同氩缓冲气压对锶原子共振滤波器通频带的影响，为锶原子共振滤波器作成器件和其它原子共振滤波器的研究提供了有价值的实验结果。
锶原子 原子共振滤波器 通频带 激光与光电子学进展
1999, 36(11): 21
