锶原子二级Doppler冷却及温度的测量-evwpscom.PDF

量子光学学报 21(2)：136—142，2015 JournalofQuantum Optics 文章编号 ：1007—6654《2015)02—0136—07 锶原子二级 Doppler冷却及温度的测量 谢玉林 。， 卢本全 ，，v， 刘辉 ， ， 王叶兵 ， 常宏 (1．中国科学 院 国家授 时 中心 ，陕西 西安 710600； 2．中国科学院时间频率基准重点实验室，西安 710600；3．中国科学院大学 ，北京 100019) 摘要：为了减小锶原子跃迁谱线的多普勒增宽及频移，需要对锶原子进行激光冷却以降低它的速度，而一 级冷却只能将原子温度 降低至 mK量级 ，这样 的原子其速度过大而无法有效地装载至光 晶格 中，因此必须 进行二级冷却 。锶原子存在单重态与三重态 (5s。)So一 (5s5P)。P 间互组跃迁 ，利用与其跃迁波长在 689 nm 的窄线宽激光对锶原子进一步冷却，可将锶原子团温度降低至 K量级。利用时序有效 、准确地控制磁 场和光场与原子相互作用时间，通过飞行时间法对锶冷原子温度进行 了测算 。实验 中应用计算机精确控制 磁光阱区域 中冷原子 团下落时间，EMCCD记录冷原子 团初始时刻和下落 20ins后 的状态 。经过分析计算 二级冷却温度为 4．39／IK，不确定度仅为 0．19 K，二级冷原子 团数 目约为 1．2×10 。低温二级冷却锶原 子温度及原子数 目的获得为锶光钟跃迁信号的信噪 比估计提供实验参考 ，也是实现高精度时间频率标准 的 前提 。 关键词 ：飞行时间； 二级冷却 ； 冷原子 团； 温度 中图分类号 ：0431 文献标识码 ：A 1)O1：10．3788／ASQ0136 锶原子光钟不确定度和稳定度 已达到 10 复杂 、分析计算过程较为繁琐。而飞行时间法 (time 量级 ，是 国际上研 究最 多 、最受 瞩 目的前 瞻性原 offlight，简记 TOF)对探测光的尺寸要求较低，且测 子钟之一 。2014年美 国JILA 的 YeJun小组扣 量精度较高，因此飞行时间法被广泛应用于冷原子团 除了黑体辐射频移_1]对锶原子光钟不确定度性 温度测量之中。飞行时间法在距离冷原子团一定距 能的影 响，最 终 实 现 频 率不 确 定 度 为 6．4× 离处，设置一束探测激光束；在激光关闭一段时间以 1o ，稳定度为 2．0×10 @10000S的锶原子 后 ，自由扩散的原子就能飞到探测区_8]。本文基于未 光钟口]。锶冷原子 团的获得和温度 的准确测量 来空间光钟对实验装置小型化、高精度的要求，采用 为实现高精度 时 间频率标准奠定基础 。温度 是 飞行时间法来精确测定锶冷原子团二级冷却的温度。 表征冷原子物理特性 的重要参数之一 ，实验上 已 本文介绍了基于飞行时间法测量碱土金属锶原 经实现了若干测量磁光 阱中冷原子 团温度 的方 子二级冷却 ((5s)S。一 (5s5)。P 对应能级跃迁波 法，如冷原子团释放再捕获 (releaseandrecapture，简 长为 689nm，自然线宽为 7．6kHz)温度 的方法。 记为 RR)E、冷原子 团受迫振荡 、冷原子光谱分 首先在一级冷却 的基础上进行二级冷却 ，将冷原子 析r6]、非平衡四波混频[7等。以上传统方法实验装置 的温度降低至 t*K量级 ；然后采用飞行时间法测量 收稿 日期 ：2O15-01-13；修 回 日期 ：2015-0卜22 基金项 目：国家 自然科学基金 (批准号61127901 作者简介 ：谢玉林 (1989一)，女，湖北省随州市随县 ，硕士研究生 ，主要从事锶原子光钟 的研究。 十通信作者 ：常宏 ，E—mail：changhong@ntsc．ac．cn 谢玉林等 锶原子二级 Doppler冷却及温度的测量