NIM铯原子喷泉实现MOT-OM原子云并冷却到10μK

报道了中国计量科学研究院 (NIM)研制新一代“激光冷却 铯原子喷泉”国家时间频率基准装置的进展。实现了铯 (Cs)原子从磁光阱 (MOT)过渡到光学阻尼 (OM)的装载 冷却 ,利用飞行时间法记录到信噪比优于 40的原子云荧光信号 ;原子经后冷却达到 (10～ 15 ) μK ;用OM从铯蒸气直接获得了冷原子云。

来自磁光阱中冷原子团的荧光干涉条纹及其应用

实验观察到来自磁光阱中冷原子团的荧光经真空系统窗口的平板玻璃反射产生的干涉条纹。理论分析表明从从荧光干涉条纹的强度分布中可获得关于俘获原子总数以及密度分布的信息。采用该方法实测了俘获原子总数 。

冷原子EIT介质的原子数目和温度的测量

简要介绍了我们实验组冷却、俘获87Rb原子的磁光阱装置及冷却俘获过程。采用收集荧光法测得了俘获的冷原子数目,并根据冷原子团尺寸推算出了冷原子团密度。通过在冷原子团下方4 mm,7 mm,10 mm三处设置圆柱形探测光束,在原子自由下落过程中获得了短程飞行时间(TOF)吸收信号,通过数值拟合得到了冷原子的温度。结果表明:俘获的冷原子数目大约为109个,密度大约为1011个/cm3,冷却温度约为200μK,该冷原子团能作为很好的EIT介质。

测量冷原子温度的理论与近似拟合公式的误差分析

对短程飞行时间法(tim e-of-flight,TOF)中推算冷原子温度的理论拟合公式与近似拟合公式进行了误差分析与比较。研究表明:对于使用短程飞行吸收光谱信号推测冷原子团温度,当探测光光斑半径与冷原子团高斯半径之比k小于0.2时,理论拟合公式和近似拟合公式能很好的相符,随着探测光光斑半径与冷原子团高斯半径比值的逐渐增大,用近似拟合公式所得TOF吸收信号与用理论拟合公式所得TOF吸收信号的误差也将逐渐增大,当比值为0.5时,用近似拟合公式所得TOF吸收信号的误差将增大到20%。

原子源的制备与相干性检测

利用不平衡三维磁光阱(3D-MOT)技术,制备了低速、高通量的连续型原子束。通过使一束冷却光沿着光传播方向形成"中空光束",在MOT中形成一对具有不平衡光辐射压力的对射光束,压力将MOT中冷却与陷俘的87 Rb原子云团从"中空光束"通道中推出产生连续出射的原子。形成的原子束具有一定的速度和速度分布,可反映原子束的相干性。对所制备原子束的相干性进行了测量和分析,结果表明,所产生的原子束的最可几速度约为12m/s,纵向速度分布约为3m/s,对应的德布罗意波波长约为0.4nm,带宽为0.1nm。通过光电倍增管(PMT)收集的荧光强度推算得原子束通量为108～109 atoms/s。