锶原子互组跃迁荧光探测系统的研制

锶原子单态和三重态间的互组跃迁(5s2)1S0-(5s5p)3P1辐射率远小于一般的电偶极跃迁,共振跃迁荧光信号微弱。介绍了一种应用于探测该互组跃迁荧光谱的直流偏置探测器。该探测器选用极低输入偏置电流运算放大器作为前置放大,具有信噪比高、增益高、偏置可调等优点。此探测器探测增益为106 V/W量级,-3dB带宽为1MHz。实验中利用该探测器对锶原子互组跃迁(5s2)1S0-(5s5p)3P1微弱共振荧光进行探测,获得信噪比很好的共振荧光谱,且无直流偏置,并由此获得高信噪比的鉴频曲线。应用该探测器观测到了饱和荧光谱线以及对应的鉴频曲线,可用于689nm激光锁频,应用于锶光钟系统。     

时间频率基准装置的研制现状

时间频率基准装置——铯原子喷泉钟, 在标准时间产生和保持、基础物理研究中发挥了重要的作用. 介绍了铯原子喷泉钟的工作原理, 对影响其性能的各项噪声源和频移项给出了分析, 影响频率稳定度性能的主要因素为Dick 效应相关的原子团装载时间、微波激励源相位噪声和探测激光的频率噪声, 影响频率不确定性能主要频移项为: 黑体辐射频移、冷原子碰撞频移、腔相位分布频移和微波泄露频移; 总结和比较了当前具有先进性能的铯原子喷泉钟采用的技术; 介绍了铯原子喷泉钟的主要应用方向、空间冷原子铯钟的研制情况和光学频率原子钟进展.     

Strontium optical lattice clock at the National Time Service Center

We report the ~(87)Sr optical lattice clock developed at the National Time Service Center. We achieved a closed-loop operation of the optical lattice clock based on ~(87)Sr atoms. The linewidth of the spin-polarized clock peak is 3.9 Hz with a clock laser pulse length of 300 ms, which corresponds to a Fourier-limited linewidth of 3 Hz. The fitting of the in-loop error signal data shows that the instability is approximately 5 × 10~(-15)τ~(-1/2), affected primarily by the white noise. The fractional frequency difference averages down to 5.7 × 10~(-17) for an averaging time of 3000 s.     

浅光晶格中量子隧穿现象的实验观测

基于一维水平光晶格的锶原子光晶格钟实验平台,当系统的稳定度和不确定度达到10-18量级以上时,由量子隧穿效应引起的钟频移变得不容忽视.在浅光晶格中,量子隧穿效应会使钟跃迁谱线发生明显的展宽现象,因此,本文通过研究浅光晶格中的量子隧穿现象,为⁸⁷Sr原子光晶格钟系统不确定度的评估奠定基础.本实验在一维⁸⁷Sr原子光晶格钟平台上,利用超稳超窄线宽的698 nm激光激发⁸⁷Sr冷原子~lS₀(|g>)→~3P₀(|e>)跃迁(即钟跃迁),实现了对锶原子分布在特定量子态的制备.在深光晶格中,将原子制备到|e,n_z=1>态后,再绝热地降低光晶格阱深,然后在浅光晶格中,探测激发态的载波-边带可分辨的钟跃迁谱线.从钟跃迁谱线中观测到载波谱线发生了明显的劈裂,表明原子在光晶格相邻格点间产生了明显的量子隧穿现象.通过对光晶格中量子隧穿机制的理解,不仅有利于提高光晶格钟的不确定度,也可为观测光晶格中费米子的自旋轨道耦合效应提供基础数据.     

锶光钟Zeeman减速器中截止速度对蓝磁光阱原子数的影响

基于分布函数理论,分析了Zeeman减速器中截止速度对蓝磁光阱装载的影响,研究了Zeeman减速器中截止速度与蓝磁光阱俘获原子数目之间的关系,对比了分布函数理论和通用理论两种模型的拟合结果,结果表明,分布函数理论模型能更好地描述两者之间的关系。利用多匝Zeeman减速器对进入蓝磁光阱的热原子束进行减速,制备了锶光钟的冷原子样品。在光钟系统研制中,利用分布函数理论对Zeeman减速器进行了优化设计,提高了Zeeman减速器的工作效率,为实现更高效更紧凑的Zeeman减速器及光钟小型化提供了参考。     

利用塞曼扫频法实现对减速锶原子束速度分布的直接测量

应用塞曼扫频的方法对减速前后锶原子束的速度分布进行了测量,减速前锶原子束的最可几速度为420 m/s,减速后锶原子束的最可几速度为60 m/s,速度分布线宽相应压窄.塞曼扫频法实验装置简单,操作方便,原子束的速度分布源自对原子束荧光的直接观测,测量精度较高. 关键词： 光钟 原子束 塞曼效应 塞曼减速器     

锶原子互组跃迁谱的实验研究

观测了热原子束中锶原子(5s²)¹S₀—(5s5p)³P₁ 互组跃迁的荧光谱和饱和荧光谱, 实验测定了不同的参量下 ⁸⁸Sr(5s²)¹S₀—(5s5p)³P₁ 互组跃迁荧光谱. 研究结果表明: 不同的实验参数(温度、激光光强、激光扫描频率)对谱线有较大的影响, (5s5p)³P₁态的长寿命特点导致谱线强度随激光扫描频率呈倒数关系变化; 由于Doppler增宽, 渡越增宽等因素的影响, 谱线线宽远大于其自然线宽且随激光扫描频率呈正比关系变化.     

Experimental Determination of the Landé g-Factors for 5s~2 ~1S and 5s5p ~3P States of the ~(87)Sr Atom

We present an experimental determination on the Lande g-factors for the 5 s~2 ~1 S_0 and 5 s5 p ~3 P_0 states in ultra-cold atomic systems, which is important for evaluating the Zeeman shift of the clock transition in the ~(87)Sr optical lattice clock. The Zeeman shift of the 5 s5 p ~3 P_0-5 s~2 ~1 S_0 forbidden transition is measured with the π-polarized andσ~±-polarized interrogations at different magnetic field strengths. Moreover, in the g-factor measurement with the σ~±-transition spectra, it is unnecessary to calibrate the external magnetic field. By this means, the ground state 5 s~2 ~1 S_0 g-factor for the ~(87)Sr atom is-1.306(52) ×10~(-4), which is the first experimental determination to the best of our knowledge, and the result matches very well with the theoretical estimation. The differential g-factorδg between the 5 s5 p~3 P_0 state and the 5 s~2 ~1 S_0 state of the ~(87)Sr atoms is measured in the experiment as well,which are-7.67(36) ×10~(-5) with π-transition spectra and-7.72(43) X 10-5 with σ~±-transition spectra, in good agreement with the previous report [Phys. Rev. A 76(2007) 022510]. This work can also be used for determining the differential g-factor of the clock states for the optical clocks based on other atoms.     

利用飞行时间法测定锶原子5s5p3P1亚稳态能级寿命

本文结合TOF法和吸收光谱测量技术,利用连续光场测定了锶原子亚稳态能级的寿命。实验中,利用689nm激光连续泵浦基态锶原子至5s5p3P1亚稳态能级,然后在距泵浦区域不同距离处观测处于5s5p3P1态的原子对688nm探测光的吸收强度,得到锶原子5s5p3P1态的能级寿命,我们利用TOF法实验得到的能级寿命为21.9±0.8μs。本文给出的方法具备实验装置简单的优点,同时可获得较高的测量精度。     

锶玻色子的“魔术”波长光晶格装载实验研究

光晶格中性原子光钟的不确定度已达到10^-18量级. 本文介绍了碱土金属锶原子玻色子⁸⁸Sr在“魔术”波长处的一维光晶格装载, 实现冷锶原子的囚禁并使锶原子的钟跃迁能级(5s²) ¹S₀-(5s5p) ³P₀在此波长处的交流斯塔克光频移一致. 实验中半导体激光器产生“魔术”光波长(813 nm), 通过实验搭建光学驻波场并获得晶格激光聚焦光束, 束腰半径为38 μm. 经过一级冷却和二级冷却后温度约为2 μK的冷锶原子被此“魔术”波长光晶格囚禁. 通过实验测量得到锶原子玻色子⁸⁸Sr光晶格寿命为270 ms, 数目约为1.2×10⁵, 温度在3.5 μK左右, 此外研究了晶格光功率对晶格囚禁原子数目及温度的影响作用. 原子的光晶格装载为后续的钟跃迁提供了长的探测时间, 为进一步的光钟闭环提供了实验基础.