可移动型锶原子光钟的系统研制与钟跃迁谱线探测
发布时间：2021-07-14 00:30
主要介绍了可移动锶原子光晶格钟的系统研制和钟跃迁谱线探测。光钟系统采用尺寸为120 cm×50 cm×60 cm的小型化物理系统,通过光纤将模块化的子光路系统与物理系统连接。经过一级461 nm激光和二级689 nm激光冷却后,得到原子数目为1.02×106、原子温度为5.45μK的冷原子团。利用具有"魔术波长"的晶格光实现87Sr的一维光晶格装载,晶格寿命为434 ms,晶格中原子温度为4.63μK。在具有超窄线宽的698 nm钟激光探测下,得到边带可分辨的钟跃迁谱、窄线宽简并谱、自旋极化谱及拉比振荡曲线。经钟激光探询后,得到的自旋极化谱的谱线线宽为11.79 Hz,接近傅里叶探测极限的理论值,为可移动光钟的闭环工作提供了频率参考。
【文章来源】：光学学报. 2020,40(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
87Sr光钟涉及的能级结构
实验中将锶炉加热到460 ℃后,锶原子通过孔径为0.2 mm的毛细管形成热原子束,原子束先经过准直光窗口,利用水平、竖直两个方向对射的准直光对原子束进行二维准直;然后打开插板阀,通过Zeeman减速器的原子和减速光作用后速度减小,其中Zeeman减速器的作用是补偿原子减速过程中的多普勒频移,使具有固定失谐的减速光对原子束持续减速[19]。实验中设计了有效长度为18 cm的Zeeman减速器,采用8个独立供电的线圈。如图2(b)所示,MOT腔由反亥姆霍兹线圈和13个CF16特制窗口片组成。其中反亥姆霍兹线圈由一对电流大小相同、方向相反的线圈组成,线圈半径为64 mm,当实验中导入12 A的电流时会产生46 Gauss/cm的轴向梯度磁场。黑体辐射频移是影响光钟不确定度的重要因素之一,为了减小黑体辐射频移,防止线圈过热,反亥姆霍兹线圈采用沉浸式水冷控温手段。为了减小环境杂散磁场对MOT腔中心处原子的干扰,实验中采用骨架大小为14 cm×19 cm×21.4 cm的3组亥姆霍兹线圈对MOT区杂散磁场进行补偿,利用压控恒流源对三组线圈分别供电,形成三维剩磁补偿磁场。2.3 光学系统
得到自旋极化谱后,将钟激光频率锁定在mF=-9/2对应的跃迁频率上,改变钟激光探询时间,得到对应的原子激发率,如图8所示。利用公式pex=a[1-cos(2πΩΔt)exp(-Δt/τ′)],拟合得到的拉比振荡曲线如图8实线所示,其中a为退相干后的原子激发率,Ω为拉比频率,Δt为钟激光探询时间,τ′为退相干时间。拟合后得到拉比频率Ω为4.8 Hz,退相干时间τ′为210 ms。在钟激光探询时间为100 ms时原子激发率达到最大。4 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]锶光钟Zeeman减速器中截止速度对蓝磁光阱原子数的影响[J]. 韩建新,卢晓同,卢本全,王叶兵,孔德欢,张首刚,常宏. 光学学报. 2018(07)
[2]锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测[J]. 郭阳,尹默娟,徐琴芳,王叶兵,卢本全,任洁,赵芳婧,常宏. 物理学报. 2018(07)
[3]Strontium optical lattice clock at the National Time Service Center[J]. 王叶兵,尹默娟,任洁,徐琴芳,卢本全,韩建新,郭阳,常宏. Chinese Physics B. 2018(02)
[4]锶原子二级Doppler冷却及温度的测量[J]. 谢玉林,卢本全,刘辉,王叶兵,常宏. 量子光学学报. 2015(02)
本文编号：3283031
【文章来源】：光学学报. 2020,40(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
87Sr光钟涉及的能级结构
实验中将锶炉加热到460 ℃后,锶原子通过孔径为0.2 mm的毛细管形成热原子束,原子束先经过准直光窗口,利用水平、竖直两个方向对射的准直光对原子束进行二维准直;然后打开插板阀,通过Zeeman减速器的原子和减速光作用后速度减小,其中Zeeman减速器的作用是补偿原子减速过程中的多普勒频移,使具有固定失谐的减速光对原子束持续减速[19]。实验中设计了有效长度为18 cm的Zeeman减速器,采用8个独立供电的线圈。如图2(b)所示,MOT腔由反亥姆霍兹线圈和13个CF16特制窗口片组成。其中反亥姆霍兹线圈由一对电流大小相同、方向相反的线圈组成,线圈半径为64 mm,当实验中导入12 A的电流时会产生46 Gauss/cm的轴向梯度磁场。黑体辐射频移是影响光钟不确定度的重要因素之一,为了减小黑体辐射频移,防止线圈过热,反亥姆霍兹线圈采用沉浸式水冷控温手段。为了减小环境杂散磁场对MOT腔中心处原子的干扰,实验中采用骨架大小为14 cm×19 cm×21.4 cm的3组亥姆霍兹线圈对MOT区杂散磁场进行补偿,利用压控恒流源对三组线圈分别供电,形成三维剩磁补偿磁场。2.3 光学系统
得到自旋极化谱后,将钟激光频率锁定在mF=-9/2对应的跃迁频率上,改变钟激光探询时间,得到对应的原子激发率,如图8所示。利用公式pex=a[1-cos(2πΩΔt)exp(-Δt/τ′)],拟合得到的拉比振荡曲线如图8实线所示,其中a为退相干后的原子激发率,Ω为拉比频率,Δt为钟激光探询时间,τ′为退相干时间。拟合后得到拉比频率Ω为4.8 Hz,退相干时间τ′为210 ms。在钟激光探询时间为100 ms时原子激发率达到最大。4 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]锶光钟Zeeman减速器中截止速度对蓝磁光阱原子数的影响[J]. 韩建新,卢晓同,卢本全,王叶兵,孔德欢,张首刚,常宏. 光学学报. 2018(07)
[2]锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测[J]. 郭阳,尹默娟,徐琴芳,王叶兵,卢本全,任洁,赵芳婧,常宏. 物理学报. 2018(07)
[3]Strontium optical lattice clock at the National Time Service Center[J]. 王叶兵,尹默娟,任洁,徐琴芳,卢本全,韩建新,郭阳,常宏. Chinese Physics B. 2018(02)
[4]锶原子二级Doppler冷却及温度的测量[J]. 谢玉林,卢本全,刘辉,王叶兵,常宏. 量子光学学报. 2015(02)
本文编号：3283031
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