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锶玻色子的“魔术”波长光晶格装载实验研究

物理学报 2015年第13期64卷 40-47页

作者：田晓王叶兵卢本全刘辉徐琴芳任洁尹默娟孔德欢常宏张首刚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 中国科学院大学北京100049

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... 详细信息

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38μm.经过一级冷却和二级冷却后温度约为2μK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3.5μK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.

关键词：光钟冷原子魔术波长光晶格

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浅光晶格中量子隧穿现象的实验观测

物理学报 2022年第7期71卷 99-106页

作者：李婷汪涛王叶兵卢本全卢晓同尹默娟常宏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 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049 重庆大学物理学院量子材料与仪器中心重庆401331 强关联物理重庆重点实验室重庆401331

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... 详细信息

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^(87)Sr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^(87)Sr原子光晶格钟平台上,利用超稳超窄线宽的698 nm激光激发^(87)Sr冷原子^(1)S_(0)(|g>)→^(3)P_(0)(|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.

关键词：光晶格钟跃迁谱线量子态隧穿现象

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NIM-Sr2锶原子光晶格钟物理系统研究

仪器仪表学报 2024年第2期45卷 87-94页

作者：卢炳坤廖堂银杨涛林弋戈方占军中国计量科学研究院时间频率计量科学研究所北京100029 清华大学精密仪器系北京100084 国家市场监管重点实验室(时间频率与重力计量基准) 北京100029

锶原子光晶格钟在基础物理研究和时间频率精密测量领域中占有重要的地位。中国计量科学研究院在第1套锶原子光晶格钟NIM-Sr1的基础上,开展了进一步提升光钟性能的研究,研制出了第2套锶原子光晶格钟NIM-Sr2。NIM-Sr2的物理系统在量子参... 详细信息

锶原子光晶格钟在基础物理研究和时间频率精密测量领域中占有重要的地位。中国计量科学研究院在第1套锶原子光晶格钟NIM-Sr1的基础上,开展了进一步提升光钟性能的研究,研制出了第2套锶原子光晶格钟NIM-Sr2。NIM-Sr2的物理系统在量子参考体系制备、钟激光探寻及系统频移评估等方面进行了重新设计。在原子炉和磁光阱之间新增真空差分结构,使原子炉的运行对磁光阱区域真空压力的影响降低到1×10^(-8) Pa;将塞曼减速器中的通电线圈替换为永磁铁,优化了水冷反亥姆霍兹线圈的缠绕方式,并向外延伸塞曼减速器通光窗口,把磁光阱区域环境温度的不均匀性降低到了0.166 K。系统频移评估表明,这些物理系统的改进显著减小了NIM-Sr2的系统频移不确定度,达到了7.2×10^(-18)。

关键词：光钟光晶格系统频移评估物理系统

变分法研究二维光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚的调制不稳定性

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物理学报 2015年第5期64卷 279-282页

作者：陈海军陇东学院电气工程学院庆阳745000

利用含时变分法研究了二维光晶格中准二维玻色-爱因斯坦凝聚中的调制不稳定性.在平均场近似下,由准二维Gross-Pitaevskii方程出发,利用变分法给出了调制波振幅和相位所满足的时间演化方程,通过求解时间演化方程和能量分析法给出了发生... 详细信息

利用含时变分法研究了二维光晶格中准二维玻色-爱因斯坦凝聚中的调制不稳定性.在平均场近似下,由准二维Gross-Pitaevskii方程出发,利用变分法给出了调制波振幅和相位所满足的时间演化方程,通过求解时间演化方程和能量分析法给出了发生调制不稳定性的条件,决定于平面波振幅,晶格强度,调制波的波矢量和原子之间的两体相互作用.

关键词：玻色-爱因斯坦凝聚光晶格调制不稳定性二维

基于调制光晶格的中性分子束光学Stark减速与囚禁的理论研究

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物理学报 2018年第20期67卷 327-333页

作者：李晓云孙博文许正倩陈静尹亚玲印建平华东师范大学物理与材料科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

本文基于分子束光学Stark减速理论,提出采用调制的红失谐光晶格来减速和囚禁任意脉冲超声分子束方案,并予以理论研究.以CH_4超声分子束为例,利用Monte-Carlo方法模拟了调制光晶格中的分子减速与囚禁的动力学过程,给出减速级数、同步分... 详细信息

本文基于分子束光学Stark减速理论,提出采用调制的红失谐光晶格来减速和囚禁任意脉冲超声分子束方案,并予以理论研究.以CH_4超声分子束为例,利用Monte-Carlo方法模拟了调制光晶格中的分子减速与囚禁的动力学过程,给出减速级数、同步分子初始位相角与减速效果的关系.研究结果表明:随着减速级数的增加,被减速的分子波包逐渐从原来的分子速度分布的大波包中分离开来,且减速级数越高,减速后的分子速度越小.在其他条件相同时同步分子初始位相角越大,减速波包内的分子数目越少,同时位相空间被压缩.与未调制的光晶格减速方案相比,本方案中无分子自由飞行过程,在相同的光晶格长度内完成了双倍的减速级数.当光晶格长度取3.71 mm时,模拟结果显示CH_4分子从280 m/s减速至172 m/s,而未调制光晶格只能将CH_4分子从280 m/s减速至232 m/s,减速效果提高了26%.本方案可以集分子的减速、囚禁于一体,是一种新型的分子光学功能器件,在冷分子光学、量子信息、冷化学等前沿研究领域中有潜在的应用.

关键词：光学Stark减速冷分子光晶格 Monte-Carlo

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锶原子光晶格钟碰撞频移的测量

物理学报 2019年第23期68卷 88-93页

作者：卢晓同李婷孔德欢王叶兵常宏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 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

中性原子光晶格钟的系统不确定度评估中,碰撞频移引起的频移修正量和不确定度是其中重要的一项,且其评估结果将直接影响交流斯塔克频移的评估.碰撞频移来源于囚禁在同一个格点里面原子间的相互作用,其大小与原子的密度有关.本文实验测... 详细信息

中性原子光晶格钟的系统不确定度评估中,碰撞频移引起的频移修正量和不确定度是其中重要的一项,且其评估结果将直接影响交流斯塔克频移的评估.碰撞频移来源于囚禁在同一个格点里面原子间的相互作用,其大小与原子的密度有关.本文实验测量了国家授时中心87Sr光晶格钟的碰撞频移.利用水平方向的一维光晶格囚禁数目在10^4量级、温度为3.4μK的冷原子,用极化光将原子抽运到基态mF=±9/2的塞曼子能级上,获得了钟跃迁自旋极化谱.通过高低原子密度自比对的方法测量了87Sr光晶格钟系统中与原子密度相关的碰撞频移.在原子密度差为4×10^10/cm^3的条件下对系统的碰撞频移进行了37次独立测量,得到系统的碰撞频移为–0.13 Hz,统计不确定度为3.1×10^–17.自比对的艾伦偏差在8000 s时达到了4×10^–17,表明系统的测量精度在10^–17量级是可靠的,为锶原子光晶格钟系统不确定度全面评估奠定了基础.

关键词：碰撞频移锶原子光晶格钟光晶格自旋极化谱

用于超冷原子囚禁的一体式结构三维光晶格系统

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中国光学 2019年第6期12卷 1295-1302页

作者：田晓张俊黄宝玉杨航现嘉裕西安航空学院理学院

为优化用于冷原子装载的三维光晶格囚禁势阱,提出一种一体式结构且具有腔增强效果的三维光晶格系统。基于激光与原子的相互作用理论,对用于碱土金属88Sr冷原子囚禁的光晶格势阱进行研究,通过对Lamb-Dicke参数η的讨论得到该势阱束缚能... 详细信息

为优化用于冷原子装载的三维光晶格囚禁势阱,提出一种一体式结构且具有腔增强效果的三维光晶格系统。基于激光与原子的相互作用理论,对用于碱土金属88Sr冷原子囚禁的光晶格势阱进行研究,通过对Lamb-Dicke参数η的讨论得到该势阱束缚能力对阱中原子的作用效果,当η光在多个特殊角度设置的反射镜之间传播,实现3对激光之间相互正交的三维光晶格。研究结果表明,在实现相等势阱深度的前提下,该三维光晶格系统所需激光功率仅为传统晶格系统激光功率的1/15,此时势阱深度最大值为86μK,对温度在几个或十几μK量级的锶冷原子囚禁是非常有效的,并得到晶格轴向上的囚禁频率约为158 kHz,相应的η为0.17。此外,还表明晶格光场偏振态对该三维光晶格势阱的稳定性分布具有明显的影响,可通过使各维度光束的偏振相互垂直,消除干涉引入的负面影响。该一体式三维光晶格能够降低对原子本身的干扰,有利于准确捕捉晶格势阱中,被囚禁原子的内部信息。该研究为实现高效光晶格装载冷锶原子及其它碱土金属原子提供理论参考。

关键词：激光光晶格一体式结构腔增强激光相位

激光相位对空间构型光晶格中超冷原子干涉对比度的影响

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光学学报 2019年第3期39卷 225-232页

作者：成中豪李云红金圣杰周小计西安工程大学电子信息学院陕西西安710048 北京大学信息科学技术学院北京100871

利用功率反馈排除晶格阱深波动导致的不稳定性后,主要研究了激光在空间或介质中传输的相位波动对晶格中超冷原子对比度的影响。通过晃动光晶格,人为引入可控相位噪声来测量其对原子对比度的影响,发现不同强度的相位噪声对实验结果的影... 详细信息

利用功率反馈排除晶格阱深波动导致的不稳定性后,主要研究了激光在空间或介质中传输的相位波动对晶格中超冷原子对比度的影响。通过晃动光晶格,人为引入可控相位噪声来测量其对原子对比度的影响,发现不同强度的相位噪声对实验结果的影响显著不同。但是小强度的相位噪声对超冷原子干涉对比度的影响并不明显,目前干涉对比度的测量精度并不能完全反映出激光相位对冷原子系统相干性的影响,说明这种空间构型光晶格在捕获超冷原子方面具有较高的稳健性。所提出的激光相位锁定技术可以有效减少晶格系统中的相位噪声,为未来空间构型光晶格中更精密的测量提供了基础。

关键词：激光器光晶格空间构型玻色-爱因斯坦凝聚对比度锁相环相位锁定

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强非局域光晶格中空间孤子的脉动传播

物理学报 2010年第6期59卷 3992-4000页

作者：周骏任海东冯亚萍宁波大学物理系宁波315211

根据强非局域结构中空间孤子的演化方程——非局域非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶方法,对一维强非局域光晶格结构中空间孤子的脉动传播进行数值研究.分析了孤子的初始光束能量、非局域程度、光晶格调制强度、光晶格周期以及线性折射... 详细信息

根据强非局域结构中空间孤子的演化方程——非局域非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶方法,对一维强非局域光晶格结构中空间孤子的脉动传播进行数值研究.分析了孤子的初始光束能量、非局域程度、光晶格调制强度、光晶格周期以及线性折射率的纵向调制率与空间孤子的脉动传播周期之间的关系,并对影响脉动传播的内在物理机制进行了讨论.同时,还研究了在线性折射率纵向调制情况下强非局域光晶格结构中空间孤子传输的开关行为.

关键词：非局域非线性薛定谔方程光晶格空间孤子光开关