偏磁场可控平行载流导线冷原子分束器

提出了一种采用平行载流导线的偏磁场可控的中性冷原子磁导引方案,计算了不同横向偏置磁场 情况下的横截面磁场分布,讨论了磁阱中心位置的变化,可以实现单通道或双通道可控磁导引。在此方案基础上,构建了一种利用纵向均匀偏置磁场 实现可控分束比的冷原子分束器方案,计算了横向磁阱的分布,给出了分束器的磁场等高面分布,并采用经典Monte-Carlo方法,模拟了冷原子在原子分束器中的动力学过程,得到了可调分束比的结果,验证了该方案的可行性。当纵向均匀偏置磁场 从- 0.005G增加到0.005G时,左右输出端的分束比从0.9/0.1变化到0.1/0.9。     

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。     

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。     

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。     

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。     

磁光阱中铯冷原子碰撞损失率系数的测量

利用磁光阱(MOT)技术获得了铯冷原子。通过观测磁光阱在装载过程中冷原子云荧光强度的变化,测量了不同俘获光功率下铯冷原子的碰撞损失率系数。在单个阱中完成了对碰撞损失率系数的测量。同时研究发现铯冷原子的碰撞损失率系数依赖于俘获光功率并随其增加而增大,该实验结果与Gallagher-Pritchard理论模型给出的结果一致,验证了辐射逃逸和精细结构交换碰撞是造成磁光阱中原子损失的主要原因,对于进一步提高磁光阱的俘获效率有重要意义。     

准二维磁光阱中俘获长条形冷原子团

介绍了在准二维磁光阱(2D+MOT)中获得超冷原子的实验装置及结果。利用四个矩形线圈、四束椭圆形光斑光束加两束圆形光斑激光束,得到准二维磁光阱,它的特点是势阱为长条形,轴向束缚较小,势阱整体体积比较大,因而可以俘获到数目较多的超冷原子。实验中心附近的磁场梯度为13×10-3Tcm,椭圆型光斑的长短轴为24mm7mm,圆形光斑直径为7mm,光斑功率分别为18mW,6mW。在该势阱中俘获长条形冷原子团的长度为12mm,直径为15mm,原子数为11×107,温度为400μK。     

冷原子陀螺仪二维磁场系统容差设计研究

磁场系统作为磁光阱的重要组成部分,在高精度冷原子陀螺仪中占着重要地位。随着陀螺体积的减小和集成度的提高,磁场系统的制造和装调误差对陀螺性能的影响不断增大。这些误差将引起磁场零点漂移和磁场梯度变化,降低捕获效率和原子团的质量,从而影响陀螺性能。该文通过理论分析对二维磁场系统的主要制造和装调误差进行了筛选,并利用实验设计和Ansoft仿真完成了"虚拟"实验。基于实验结果的数学回归,对关键制造和装调参数设计了合理的容差限,并进行了试制验证。该工作为小型化冷原子陀螺仪二维磁场系统的设计和制造提供了理论指导。     

原子全息术的新方法

我们提出了一种制作原子全息图的方法。实验装置如图 1所示 ,主要由 4部分组成 :原子束源、磁光冷阱、菲涅耳波带片和探测系统。图 1原子全息实验装置示意图Ｆｉｇ .1Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓｅｔｕｐｆｏｒｒｅｃｏｒｄｉｎｇａｔｏｍｉｃｈｏｌｏｇｒａｍｓ1)原子束源本实验采用亚稳态 1Ｓ3Ｎｅ 原子作束源 ,它可以通过以下两种方式获得 :( 1)通过高压放电获得Ｎｅ+ｅ Ｎｅ +ｅ( 2 )用 594ｎｍ激光激发产生Ｎｅ +ｈνＮｅ +ｅ　　 2 )磁光冷阱磁光冷阱由激光形成的驻波场和弱磁场组成。在光和原子相互作用过程中 ,借助于光与原子间线性动量共…     

冷原子束或超冷原子束的产生及其应用

综述了冷原子束或超冷原子束产生的基本原理、方法和实验结果及其最新进展.重点介绍了建立在激光冷却(多普勒、亚多普勒和亚反冲冷却机制)和磁光阱技术基础上的冷原子束或超冷原子束产生方案,并简单介绍了冷原子束或超冷原子束在基础物理问题研究和原子光学等领域中的应用.     

基于金属圆柱阵列的原子光学晶格

文中提出一种采用金属圆柱阵列实现二维原子光学晶格的方案,并利用Comsol软件仿真对其表面等离激元特性和三维光强分布进行研究。在此基础上分析冷原子所受光学势与范德瓦尔斯势的作用,讨论了总势场分布及势阱中心位置与结构参数的依赖关系。研究发现,在4个金属纳米圆柱中间上方可以形成长350 nm、宽350 nm、高66 nm的周期性暗中空区域并可用于冷原子囚禁。该研究结果为获得突破衍射极限的原子光学周期性元器件提供了一个新的思路。     

一种新型的中性原子交流电磁囚禁

提出了一种新型的冷原子强场seeking态磁势阱 ,利用的是原子在交变四极场中受到的梯度力。计算结果表明通过选择合适的参数 ,可以控制势阱在轴向和径向的势阱深度。在得到一个径向势阱深度达 0 6mK ,纵向深度为 0 5mK的交流磁势阱 ,可以将温度为～ 10 0 μK的冷原子囚禁在径向 1mm ,纵向 4mm的范围内。如果撤消轴向囚禁 ,还可以获得一个径向囚禁深度为 1 8mK ,能将温度为～ 10 0 μK的冷原子囚禁在径向 5 0 μm范围内的新型磁导管。     

基于马赫-曾德干涉仪的傅里叶变换光谱仪

傅里叶变换光谱仪现已广泛应用于红外光谱学领域,它也是较为适合对大气温度、湿度、风场以及大气成分进行天基垂直探测的一种遥感仪器。提出了一种基于马赫-曾德干涉仪的傅里叶变换光谱仪。马赫-曾德干涉仪的一组反射镜作匀速直线运动,线性改变两个光学臂之间的光程差,然后平衡探测器对两路干涉信号进行差分检测。通过对光程差线性变化的电信号进行傅里叶变换,可以获得输入光的光谱分布曲线。与迈克尔逊干涉仪相比,马赫-曾德干涉仪在同样光通量输入条件下得到的干涉信号更强,且由非相干强度带来的噪声更小。该结果对于卫星遥感来说十分有利。     

螺线管结构参数对脉冲磁场的影响

研究了线圈间距、匝数、个数以及不锈钢套筒对脉冲磁体产生磁场的影响规律。在储能电容和电压不变的前提下,研究结果表明：增加线圈间距会导致磁感应强度降低,磁力线包络增大,但总电流达到峰值时刻减小;增加线圈匝数,峰值电流明显减小,会降低磁感应强度,但有利于抑制磁力线包络;增加并联线圈个数,有利于产生较长的均匀区,但是在供能一定的条件下,磁场强度有所降低,同时总电流达到峰值时刻减小。总体来看,在一定均匀区长度的设计要求下,减少单个线圈匝数,增加并联线圈个数,能够得到磁感应强度更大、均匀性更好的磁场,但要考虑线圈承载电流的能力。另外,不对称的阴阳极金属结构会导致磁场不对称分布,且磁感应强度达到峰值时刻要晚于总电流达到峰值的时刻。     

用于冷原子干涉仪的拉曼激光的注入锁定

原子干涉仪通常采取拉曼脉冲序列对原子波包进行相干操作,高功率的拉曼光可让更多的原子参与速度敏感型受激拉曼跃迁,有利于实现信噪比高的原子干涉仪条纹。研制高功率的拉曼激光器对冷原子干涉仪的实验研究具有重要意义,文章报道了基于注入锁定技术实现的高功率拉曼激光器的实验结果。主激光器经过1.5 GHz声光调制器产生1级衍射光作为拉曼光的种子光,注入到两个从激光器后锁定,并实现功率放大。两个拉曼光的频率相差3.0 GHz,频率调谐范围为200 MHz。     

虚拟仪器在激光冷却原子实验中的应用

基于LabVIEW软件和数据采集卡开发设计了一种虚拟的多路时序控制系统,并用于激光冷却原子实验的冷原子温度测量中,实现了对冷却光、磁场、再泵浦光、探测光以及CCD开启和关闭的计算机自动控制,时序脉冲的延时时间和脉冲宽度的调节精度小于1μs。实验表明,该系统能大大提高冷原子实验过程的调试效率和控制精度。     

A system for the exposure of small laboratory animals to a 25-mT60-Hz alternating or traveling magnetic field

A versatile exposure system which can be used to investigate the effects of a 60-Hz alternating magnetic field or traveling magnetic field on small laboratory animals is described. Special attention was given to the design of the electric circuit to simplify the supply requirements and to keep the overall current to a minimum. A magnetic field having a flux density up to 30 mT (300 G) can be generated, and a traveling magnetic field is obtained by reconnecting the coils to a three-phase supply. The total magnetic field due to the currents in the three coils used in the exposure system is analyzed. A computer program was written to evaluate the magnetic field in the region where the animals are located. The difference observed between measured and computed values is attributed to the representation of the multiturn, multilayer coils by equivalent single-turn coils     

硅外延生长高频感应系统的热场仿真

应用多物理场分析工具COMSOL Multiphysics软件中的磁场和固体传热两种模块,建立了平板式外延炉反应腔体的有限元模型.结合高频感应加热的机理,分析了电磁场与热场耦合作用,重点研究了感应加热系统中线圈结构、电流密度和频率对热场分布的影响.模拟结果表明,高频感应系统呈现出明显的趋肤效应,感应电流主要集中在基座下表层,焦耳效应主要发生在涡流区,基座上部的热量来源于热传导.实验中,通过调节感应线圈横向和纵向的位置,改变了磁通密度的分布,从而决定了腔体内的热场分布.根据模拟仿真结构,对外延工艺的温度分布进行优化,实现了热场的径向温度梯度变化小于10℃,在此条件下,硅外延片电阻率的标准偏差为0.56％.