85Rb和87Rb双磁光阱的同时实现及特性研究

双磁光阱的同步实现是利用冷原子干涉仪检验等效原理的重要实验基础之一。我们采用高频声光调制移频的方案获得了冷却囚禁85Rb和87Rb两种原子的激光,进而同步实现了两种原子的磁光阱。在此基础上,研究了双磁光阱中原子数与冷却光参数的关系,优化了实验参数,双磁光阱中两种原子的数目均达到109。     

德克萨斯大学制造分子聚合物

德克萨斯大学的一个研究组，已创造一种玻色-爱因斯坦的铷分子聚合物。理论家已预测聚合物可能展示的现象，如分子孤子和像液体一样的性质，并可能导致制出分子激光器，类似相干原子激光器。 物理学家用激光冷却在磁阱中的87Rb原子聚合物到130 nK以下。双色拉曼光子组合在弱束缚振动态生成原子对，振动频率约636 MHz，低于自由原子的振动频率。     

用于激光原子囚禁的二极管激光器的稳频和移频

用饱和吸收光谱法对二极管激光器进行了稳频,使得激光器的等效线宽小于1～MHz,并利用声光调制器使激光的频移量得到控制,能满足激光冷却与囚禁原子对激光频率稳定性和频移量的要求,实现了Rb原子的激光囚禁。     

用激光冷却得到费米简并

5年前,EricA.Cornell和CarlE.Wieman在实验天体物理学联合研究所得到玻色-爱因斯坦凝聚,把玻色子冷却至几乎绝对零度。现在,该室的另外两名研究人员用相似的办法冷却了费米子。DeborahS.Jim和BrlanDehareo在激光冷却和磁阱实验中把40K的费米子气体冷却至低于300nK。经证明,费米子比类似的玻色子更难得到这种寒冷的量子态。为得到玻色-爱因斯坦凝聚,他们用激光光束来俘获原子。这些原子陷入磁场,因蒸发冷却进一步降温。当高能原子离开陷阱时,剩余原子的能量由于碰撞而重新分配,导致冷却。要得到费米简并更加困难,因为同样状态下的费米…     

用于冷原子干涉仪的声光调制器数字驱动系统

为了满足冷原子干涉实验对激光移频的需求、实现移频速率的精确可控,设计并实现了一个带有操作界面的声光调制器数字驱动与控制系统。该系统由三个部分组成,分别是上位机,微处理器控制芯片,射频信号产生芯片。其中上位机用于收集控制信息;微处理器控制芯片用于根据上位机发送来的控制信息实现对射频信号产生芯片的控制、产生驱动声光调制器晶体的射频信号,从而实现对实验中所需的激光进行移频。该系统可输出频率为0~150 MHz且相位噪声低至-116 dBc/Hz的射频信号,同时可有效控制输出信号的幅度、相位和扫频速率等,该系统提供了满足冷原子干涉实验需求的多种工作模式。     

原子干涉仪中激光频率和光强控制系统的设计

为了对铯原子外态干涉仪的激光束精密控制,设计了一套适用于多种需求的激光频率和光强控制系统。该系统基于声光调制器,并集成了激光移频、光强稳定和光强调制等功能。首先,根据原子干涉仪的原理,提出对激光的要求和指标。接着,按照提出的要求设计了集成锁相频率合成器等硬件电路系统和LabVIEW软件控制系统。最后,对所开发的系统进行了实验测试。实验结果表明:系统的移频范围可控制在100~200MHz;光强稳定性好,采用稳光系统后输出光强的波动减小为2%。设计的这套系统功能齐全,可靠有效,实现预期目标,满足原子干涉仪对光学系统的要求。另外此系统还可以应用到其他需要系统中,比如原子钟、原子干涉重力梯度仪等。     

中性原子的磁囚禁技术及其最新发展与应用

本文就近二十年来国际上用于三维限制中性原子运动的磁囚禁原理、方案、特点及其最新发展进行了系统介绍与综述。根据构成磁阱的装置大小、磁场特征以及产生磁场方式的不同，可以将囚禁原子的各种磁阱分为宏观静磁囚禁、微观静磁囚禁和微波或交流磁囚禁三大类。最后，文章简单介绍了中性原子磁囚禁技术在玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)和原子芯片中的最新应用。     

基于激光冷却技术的中性锶原子特性研究

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。     

原子激光的相位研究

1995年, 捕获原子玻色-爱因斯坦凝聚体的实现,为原子激光提供了物质波源.1999年,德国的Munich 小组和美国国家标准计量局将阱中原子相干地耦合输出,就形成原子激光.但是,由于原子不能产生和淹没,它只能从一种激化模转移到另一种激化模,所以,这样的原子激光持续很短,而要实现长时间的连续原子激光就要不断补充处于确定量子态的原子数.补充进去的原子和阱中的原子如何得到相位的统一,这就需要进一步认识凝聚体和原子激光的相位.一个凝聚体应该具有确定的相位,不同的凝聚体会具有不同的相位.为此,我们首先用量子相位算符计算了凝聚体相位的具体表达式,发现凝聚体的相位与时间有关,由初始相位、非相互作用能和粒子数决定.另一方面,对于具有耦合输出和输入的平均场理论描述的原子激光,我们也得到类似的结果.在Thomas-Fermi 近似下,上述结果就可以表述为,对于一定的原子数,原子阱基本上决定了凝聚体的相位,它相当于光激光中谐振腔的作用.从同一个阱中输出的原子是关联的,而从不同阱中输出的原子,其相干性就无法保证.(OA18)     

基于光锁相环的稳频深紫外激光系统

介绍了一种利用光锁相环技术实现频率稳定的深紫外激光系统,包含两台253.7 nm四倍频激光器,用于汞原子在二维磁光阱和三维磁光阱的激光冷却。其中,一台深紫外激光器锁定在汞原子的饱和吸收谱线上,用于产生二维磁光阱的冷却光和推送光;另一台深紫外激光器通过1014.9 nm的半导体种子激光之间的光锁相环实现频率稳定,用于产生三维磁光阱的冷却光和探测光,并通过前馈方法将频率切换时间减小到原来的1/23。该系统可以大范围地调整深紫外激光器的频率,高效地利用紫外激光功率,并降低了实验装置的复杂性,从而满足了汞原子激光冷却实验的要求。同时,所提方法适用于其他深紫外激光系统。     

玻色-爱因斯坦凝聚原子与Schr(o)dinger猫态相互作用系统中的压缩特性

利用全量子理论,研究了玻色-爱因斯坦凝聚原子与Schrodinger猫态相互作用系统中,光场和原子激光的压缩特性.结果表明;在系统中,偶相干态、奇相态分别与玻色-爱因斯坦凝聚原子相互作用,偶相干态、奇相态光场和原子激光均不呈现压缩效应.而Yurke-Stoler相干态光场和原子激光呈现压缩效应.在强场(|α|=1)情况下,三种不同光场的两种压缩现象均不产生.光场和原子激光的压缩特性主要受初始光强和耦合常数的影响.     

亚稳态氪原子饱和吸收光谱无调制激光稳频

利用亚稳态氪原子2P3/25p[5/2]3-2P3/15s[3/2]2饱和吸收光谱,分别使用电光调制器相位调制和声光调制器移频调制的方法,结合相敏检测,实现了钛宝石激光器相对于亚稳态氪原子的811.5 nm饱和吸收线的频率锁定.由获得的鉴频曲线以及误差信号估算,激光频率漂移从稳频回路开路时的超过8 MHz;减小到回路闭合时的约1 MHz,并可实现对激光频率数小时的稳定.该稳频后的激光光源被成功地用于激光冷却亚稳态氪原子各个稳定同位素.     

原子干涉仪中拉曼激光的相位-频率双调制稳频

为降低拉曼激光的频率噪声,提出了一种相位-频率双调制稳频技术。用光纤电光相位调制器对激光进行调制并产生大失谐边带;用射频信号对光纤相位调制器的微波驱动信号进行频率调制,通过锁相放大法将一个大失谐边带锁到铷原子的饱和吸收谱线上。利用该技术实现了拉曼种子激光的稳频和2 GHz的移频,拉曼激光的线宽大幅压窄到56 kHz,预期拉曼激光频率噪声引起的原子干涉重力仪的单次测量噪声可降低到7×10-9/s2。     

双阱势中玻色-爱因斯坦凝聚原子

本文讨论了对称双阱势中玻色-爱因斯坦凝聚原子几个性质,其中包括隧道效应、原子的干涉及与驻波光场相互作用的动力学等等。结果表明,在这样的双阱势中,尽管隧道效应存在,凝聚在两个阱中的平均原子数依然相等,这保证了原子干涉的可见度。而凝聚原子的干涉条纹与两阱中原子波包的动量差与动量和密切相关。此外,隧道效应的存在对驻波激光场与凝聚原子构成的体系的态函数和能谱等一些动力学性质都有明显影响。     

基于DDS的激光频率高精度控制系统及其应用

在诸如激光冷却原子、光频标和冷原子干涉等实验中,通常采用压控振荡器（VCO）技术对激光移频,但是移频精度和稳定性不能满足实验要求。本文提出并研制了一种直接数字频率合成器（DDS）及其专用高精度时序控制系统用于激光的移频。DDS基于AD9852芯片,配合微控制器（MCU）控制其参数,输出经功率放大后直接驱动声光调制器以调...     

玻色-爱因斯坦凝聚原子与Schr?dinger猫态相互作用系统中的压缩特性

利用全量子理论,研究了玻色-爱因斯坦凝聚原子与Schr?dinger猫态相互作用系统中, 光场和原子激光的压缩特性。 结果表明: 在系统中,偶相干态、奇相态分别与玻色-爱因斯坦凝聚原子相互作用,偶相干态、奇相态光场和原子激光均不呈现压缩效应。 而Yurke-Stoler相干态光场和原子激光呈现压缩效应。 在强场 (|a|=1)情况下,三种不同光场的两种压缩现象均不产生。 光场和原子激光的压缩特性主要受初始光强和耦合常数的影响。     

磁光石榴石单晶薄膜的激光调制

报导(BiTm)_3(FeGa)_5O_12单晶膜磁光调制器在6328(?)波长进行的激光光强调制试验,及(Bi-PrGdYb)_3(FeA(?))_5O_12单晶膜磁镜偏频元件在1.15μm 波长得到的磁光相位调制结果。     

空间站冷原子柜超高真空腔内射频天线的研制

射频蒸发冷却作为获取超冷原子简并量子气体的手段之一，对玻色-费米协同冷却的实现至关重要。为了在空间站上实现超冷量子简并气体，设计了一种特殊的射频天线。该天线被置于一个冷原子实验用真空腔内，与腔上集成的冷却、探测、光阱、磁阱、光晶格、Feshbach磁场等装置一同组成了通用型超冷原子物理实验系统，该实验系统满足载人航天工程在尺寸、重量、功耗、可靠性和电磁兼容性等方面的严格要求。利用有限元仿真方法对天线进行设计和评估，并在地面实验平台上对其各项性能指标进行测试和实验验证。结果表明，本设计除了能够降低90%的射频功率需求外，还能维持科学腔的超高真空水平，并具备良好的电磁兼容性，符合载人航天工程的要求。     

用于增加三维磁光阱装载率的二维冷原子束系统

在原子干涉仪、原子陀螺仪等精密测量的领域中，最基本也是最重要的一步就获得冷原子，而当实验需要连续和高重复性的测量时，对于冷原子的装载就会要求有更快的速率。为了能更快的装载冷原子，就需要一束高通量、低速的冷原子束。在实验上实现了87Rb原子的二维冷却磁光阱（2D-MOT）的冷原子束，其对3D-MOT的装载率为2.8109 atoms/s。该系统基于87Rb原子2D-MOT+push beam方案，选择了红失谐为20 MHz功率为50 mW的两束入射冷却光，在冷却光入射到真空腔之前使用扩束系统将其光斑扩束成短轴为25 mm、长轴为75 mm的椭圆形光斑，在冷却光入射真空腔之后在真空腔的另一端用镀了四分之一波片膜的反射镜来得到对射的激光。     

以光镊输运玻色-爱因斯坦凝聚物

研究玻色-爱因斯坦凝聚物的物理学家用光镊，可将凝聚物输运较以往远的距离。玻色-爱因斯坦凝聚物由冷却至接近绝对零度的原子构成，其相干特性与激光光子的行为类似。因玻色-爱因斯坦凝聚物的研究最近获得诺贝尔物理学奖的Wolfgang Ketterle及其在麻省理工学院的同事，用基频为1064nm的Nd∶YAG激光，将凝聚物移动近半米。过去用磁学方法输送玻色-爱因斯坦凝聚物，但只能移动很短的距离。Ketterle说：“利用光镊，我们现在可将它们用以往无法利用的新几何形状移动，接近表面，或用它们装载原子小片。”据Ketterle说，在操纵玻色-爱因斯…