基于蒙特卡罗方法进行冷原子束模拟和参数优化

采用蒙特卡罗方法对基于制备低速浓密原子源(LVIS)产生的三维磁光阱(3D MOT)冷原子束过程进行模拟和系统性能参数优化。在Matlab软件中产生位移满足均匀分布,速度满足麦克斯韦波-尔兹曼分布的107个原子,通过仿真计算得到冷原子束的纵向速度分布和原子通量等关键参数。当冷却光光强为3mW/cm2,失谐量为5Γ时,模拟得到的原子束的纵向最概然速率为8m/s,速度分布的半峰全宽(FWHM)约为2m/s。模拟和实验研究了原子束最概然速率和通量随冷却光光强和失谐量变化的关系,结果表明冷却光失谐量为影响冷原子束速度分布和通量的主要因素,而冷却光功率在达到一定饱和强度后对原子束性能影响不大。     

宽带近共振光作用下的二能级原子束冷却理论

本文报道了宽带近共振光作用下的二能级原子束冷却理论,文中详细研究了在光场的正频部分为∑a_jexp(-iω_jt)(其中ω_j为频率)的光场和二能级原子束反方向作用情况下的理论,得到了在T_p大于1/△情况下的原子运动的主方程(半经典理论),并计算了在宽带光中心频率和Na原子频率的失谐为负时的辐射压力,计算表明Na原子束在纵向的速度被减小,同时原子束速度分布宽度被压缩,Na原子速度可以从780m/s冷却至     

用激光感应荧光法测量钇原子束中的原子速度分布

本文用激光感应荧光法测量了钇原子束的速度分布曲线。其最可几速度为820m/s,速度分布半宽度为510m/s。由等熵关系,估计此时钇原子源的温度为1587K。     

共振光压作用下钠原子束的偏转

本文报导了钠原子束在共振光压作用下的偏转实验及对实验结果的初步分析。 这个实验的特点是利用两块平面镜间来回反射的激光束所形成的多个光场与通过平面镜间的原子束相互作用,使原子束产生偏转。我们使平面镜与原子束成11°角,而入射光与原子束垂直,这时反射光束与原子束成68°夹角。若将激光频率调谐在钠原子的D_2线共振频率上(λ_L=5890(?)),则垂直光束与钠原子共振,而反射光束由于多普勒频移,激光频率对于钠原子束的共振频率低300兆赫,因此反射光束不与原子束相互作用。在垂直光束的作用下,原子吸收光子在光的传播方向获得光子动量,而自发辐射各向同性,因而光子反冲动量平均为0。因     

冷原子成像谱仪中靶表征及光电离研究

将冷原子、超快和强激光技术结合,本课题组最近成功研发了一种新型磁光阱反冲离子动量谱仪(MOTRIMS)装置。介绍了MOTRIMS工作原理,使用吸收成像法和光电离法对靶的密度、温度和速度进行分析标定,得到三维MOT靶的温度为(130±30)μK,速度为(0.1±0.1) m/s,密度约为10~9 atom/cm~3,二维MOT和molasses靶的密度分别约为10~7 atom/cm~3和10~8 atom/cm~3。对比热蒸气靶,在离子飞行方向上冷原子靶的动量分辨率提高了约14倍,飞行时间谱的质量分辨率高达3000。利用800 nm飞秒激光探测Rb~+的三维动量分布,在低激光强度10~(11) W/cm~2下观测到明显的阈上电离现象,表明铷原子有很大的阈上电离截面。MOTRIMS具有高分辨离子动量分布全空间成像能力,是研究金属原子强场量子微观动力学的新工具。     

一种用于氪原子的环形永磁体塞曼减速器

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。     

序列脉冲激光产生的光压及其对原子束的冷却与减速效应

本文通过解双能级系统的密度矩阵方程,求出了序列脉冲激光的光压力,计算了光压对原子速度分布的影响,并与连续激光的作用进行了对比。结果表明:采用序列脉冲激光并适当选择调制函数参数,可比相同功率甚至功率增大1/2情况下的连续激光更为有效地使原子束减速和冷却。     

抛光压力对PS/CeO2纳米复合磨粒抛光性能的影响

以采用改进无皂乳液聚合法制备的纳米尺寸聚苯乙烯(PS)微球为内核,采用原位化学沉淀法制备了不同壳层厚度的PS/CeO2核/壳包覆结构复合微球。将所制备的复合颗粒用于二氧化硅介质层的化学机械抛光,用原子力显微镜测定晶片的微观形貌和粗糙度。电镜结果表明:复合颗粒呈规则球形,其PS内核尺寸约为72 nm,CeO2壳厚为5~20 nm。抛光结果显示:在本实验范围内,抛光速率随抛光压力的增加而增大,而过低(2.4 psi,1 psi=6 895 Pa)或过高(6.1 psi)的抛光压力均使晶片表面产生划痕。当抛光压力适中(4.5 psi)时,经复合磨料(壳厚约为13 nm)抛光后的晶片表面无明显划痕,在5μm×5μm范围内表面均方根粗糙度为0.265 nm,抛光速率达98.7 nm/min。     

用于腔量子电动力学研究的铯原子双磁光阱

建立了铯原子双磁光阱(MOT)系统用来制备腔量子电动力学(Cavity-QED)实验所需的处于超高真空(UHV)环境中的冷原子。采用一束聚焦的连续激光束将气室磁光阱从背景铯蒸气中冷却并将俘获到的冷原子有效地输运到超高真空磁光阱,实现了铯原子双磁光阱。实验中研究了输运光束的失谐量对于超高真空磁光阱中的稳态冷原子数的影响,同时对气室磁光阱和超高真空磁光阱的装载过程作了分析。气室磁光阱和超高真空磁光阱的典型气压分别约为1×10-6Pa和8×10-8Pa,典型的稳态冷原子数分别约为5×107和5×106,冷原子等效温度约72±4μK。     

激光抽运铯束频标中的最佳原子速度问题

着重探讨激光抽运斜入射激光检测铯原子束频标中的不同速度原子对荧光信号强度、Ramsey谱线宽度、束管优值的影响.理论结果表明,在相同的噪声条件下100°C铯炉温度时,束管的最大优值出现在平均速度为153 m/s的原子群上.在装有自由漂移区长度为126 mm的Ramsey微波腔的小铯束管上,100°C铯炉温度在66.5°斜光检测时Ramsey 频谱的线宽是1050 Hz.实验结果表明利用慢速原子群可以得到线宽在350 Hz左右甚至更小的Ramsey 频谱,对应的原子平均速度为90 m/s.在相同的噪声条件下利用平均90 m/s速度原子比利用265m/s最可几速度原子有更大的束管优值.(OA1)     

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。     

Frequency stabilisation of 1.5 mu m DFB laser using internal second harmonic generation and atomic /sup 87/Rb line

Absorption spectral lines in /sup 87/Rb were measured by the internal second harmonic generated from a 1.56 mu m GaInAsP DFB laser. This second harmonic frequency was locked to the center of the /sup 87/Rb spectral line to stabilise the 1.56 mu m fundamental radiation frequency. The resultant frequency stability was 9.0*10/sup -12/ over the integration time of 100 s.<>     

利用偏振光谱对外腔式半导体激光器实现无调制锁频

将激光器输出频率相对于合适的参考频率标准进行锁定,可以有效地抑制激光器的频率起伏,提高激光器的频率稳定度。对铯原子偏振光谱进行平衡探测,当偏振光谱透射方向与偏振分束棱镜(PBS)偏振面之间的夹角选择合适时,平衡探测后的输出信号即为铯原子D2跃迁线的色散形鉴频信号。实验上实现了波长为852 nm的外腔式半导体激光器对应于铯原子6S1/2(F=4)→6P3/2(F′=5)超精细跃迁线的频率锁定。研究获得在50 s内激光器频率起伏小于±250 kHz,较相同时间内激光器自由运转时的频率起伏3 MHz有显著改善。这种频率锁定的方法不需要对激光器进行调制。     

一种新的四波混频全光波长变换实验研究

优化设计半导体光纤环形激光器产生波长连续可调谐窄线宽的激光输出,可调谐范围为４０ｎｍ。利用半导体光放大器的非线性效应四波混频,实现了码速为２．５Ｇｂｉｔ／ｓＳＤＨ信号光的波长变换,向上变换８．２４ｎｍ,向下变换１９．４９ｎｍ。在实验中不需要外加泵浦光源。     

利用空间多普勒调谐技术冷却原子及其速度单一化

本文理论计算了用圆锥管内多次全反射激光而产生的多普勒频移来冷却原子束的机制。给出了最佳冷却原子束的圆锥管的夹角、长度、反射次数及激光入、出射角等参数。理论计算了原子束经过圆锥管冷却的速度分布情况。数值计算结果表明：采用两个长１３０ｃｍ的锥形管来冷却原子束，选用合适的失谐量可使极大部分速度小于１２００ｍ／ｓ的原子冷却到８ｌｍ／ｓ，并且可得到单一速度的高亮度的原子束。     

Multi-channel laser interferometer based on automatic frequency stabilization system for improving coordinate measurement accuracy

A multi-channel laser interferometer (MCLI) is proposed to improve the coordinate measurement accuracy. A 780 nm external cavity laser is locked on the D2 line of 87Rb atom by polarization spectroscopy, and a high frequency stabilized laser source is obtained with a linewidth of 385.8 kHz at root mean square (RMS). The interferometers share the stabilized source and individually install on 4 axes of a coordinate measuring system. As a result, the measurement uncertainty is reduced from 1.2 µm to 0.2 µm within the dynamic measurement range of 1.0 m. The MCLI is adept at integrate and flexible installation, which caters to various applications on precision measurement.     

Coherent homodyne optical communication receivers withphotorefractive optical beam combiners

The principles of operation and the results of performance measurements are reported of a new type of coherent optical receiver that used a dynamic volume index of refraction grating formed inside a photorefractive material to coherently combine signal and local oscillator light prior to photodetection. Because the refractive index grating is formed by the interference pattern generated where mutually coherent optical beams overlap, the receiver can automatically adjust to changes in angle of arrival or optical wavefront profiles which occur on time scales longer than the grating formation time. The grating appears stationary to high-speed phase modulation imposed on the signal beam and coherently diffracts local oscillator light into the signal beam direction. Performance measurements are reported for a prototype system that used two independent Nd:YAG lasers at 1.064 μm, an iron-doped indium phosphide photorefractive crystal, and a four-slot phase modulation signal format. A receiver BER of 10^-6 was obtained at received signal powers that corresponded to an average of 70 detected signal photons per bit at a source data rate of 50 Mb/s, 130 detected signal photons/bit at 220 Mb/s, and about 400 detected signal photons/bit at a 325 Mb/s source data rate. Quantum-limited operation corresponds to an average of six detected signal photons per transmitted information bit for this signal format     

高功率Er/Yb共掺光纤超荧光光源

为了获得高功率超荧光输出,采用6个976nm的LD,通过一个光纤束耦合器同时抽运Er/Yb共掺光纤,分别研究了单程后向结构和双程后向结构超荧光光源的输出特性.采用单程后向装置,当抽运功率为957mW时,输出功率为120.4mW,斜率效率达到17.5%.在双程后向结构的实验装置中加入4m掺Er光纤,有效地将超荧光的3dB带宽拓展到88nm.     

原子光刻用亚稳态氖原子束源的研究

研制了一台用于原子光刻的亚稳态氖原子束源 ,其束流强度可达 3 3× 10 14 atoms/s·Sr.。研究了束流强度的变化规律 ,并对其机理进行了探讨。