冷原子温度测量方法的研究进展

随着激光冷却技术的快速发展,冷原子已经成为新兴量子技术的关键平台之一,包括量子传感、量子精密测量、量子模拟和量子计算等。而冷原子温度是冷原子实验的一个重要参数,超低温原子具有碰撞率低、相干时间长、多普勒展宽小等特点,因此对冷原子进行温度测量具有重要的科学意义和应用价值。本文综述了冷原子温度测量方法的研究进展,首先设计并实现了一个简单的方法来快速无损地测量冷原子系综中所选区域的温度;其次从大约20μK的冷原子系综中过滤出亚μK的冷原子,通过实验演示了麦克斯韦妖模型的一种初始形式。

基于拉曼泵浦-探测光谱的冷原子温度估算

提出了基于拉曼泵浦-探测技术得到的原子吸收谱线获取冷原子温度的方案,并将其应用于85Rb原子磁光阱中。实验中,原子在囚禁光和探测光的共同作用下发生受激拉曼跃迁,产生亚自然线宽的类色散峰,通过把该类色散峰与理论模型进行拟合估算出被囚禁85Rb冷原子团的温度为230μK。相对于飞行时间测温法,该方案提供了一种简捷的测量冷原子温度的方法。

采用短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度时参数误差的影响

详细介绍了短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度的基本模型和实验方法.在对铯原子磁光阱中冷原子温度测量的基础上,分析了初始时刻冷原子云中心到探测光束中心的垂直距离、冷原子云初始半径、探测光束半径三个参数的误差分别对于通过短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度时所带来的影响,并比较了这些参数各自的影响程度.

锶原子多普勒冷却温度的测量

在实现基于碱土金属锶原子(5s2)1S0→(5s5p)1P1的多普勒冷却实验基础上,分别采用短程飞行时间法和原子吸收膨胀法,测量了锶原子同位素8 8Sr(玻色子)冷原子团温度约为9 mK,87Sr(费米子)冷原子团的温度在2 mK左右,并结合多普勒冷却极限温度理论对实验结果进行了分析。为下一步1S0→3P1的窄线宽冷却提供了良好的基础。

一种精确测量原子喷泉冷原子团温度的方法

冷原子团的高斯半径和温度是用来描述冷原子团,反映冷原子特性的主要参数.本文提出了一种新型的测量冷原子团高斯半径和温度的方法,采用过饱和近共振激光束照射冷原子团,原子由于吸收了光子动量偏离原来的运动轨道,而不能被探测系统所探测.根据冷原子团的原子分布规律,理论上构建了物理模型,通过改变作用于冷原子团的推除光的尺寸来控制被推除的冷原子数目,计算得到了不同高斯半径的冷原子团剩余原子数目与推除光尺寸的关系.以国家授时中心铯原子喷泉为实验平台,利用横向偏置的刀口光阑在不同下落高度控制作用于冷原子团的推除光尺寸,测量出不同高度的剩余原子数目随推除光尺寸的变化情况.应用理论公式拟合实验数据,最终得到冷原子团在磁光阱中心正下方10 mm和160 mm处的高斯半径分别为的准确性和可重复性,在同一实验条件下用刀口法和飞行时间法对冷原子团温度进行了测量与对比,最终得到两种方法的测量结果基本一致.

应用慢速原子束制备冷原子粘团的研究

冷原子粘团的制备是喷泉钟研制的关键步骤之一。通过慢速原子束加载获得冷原子粘团,应用荧光收集法测量了冷原子粘团的原子数目,采用飞行时间法测量了冷原子粘团温度。冷原子粘团中原子数目在加载时间200 ms的情况下为(8.14±0.2)×107,温度为(10.72±0.69)μK。

采用简化的飞行时间荧光成像法测量冷原子样品的等效温度

本文介绍了用于冷原子样品等效温度测量的简化的飞行时间荧光成像法。将用于激光冷却和俘获原子的冷却光,代替标准的飞行时间荧光成像法中额外引入的探测光。在铯原子磁光阱基础上,通过进一步采用偏振梯度冷却技术使冷原子等效温度有效地降低。采用简化的飞行时间荧光成像法测量的铯原子气室磁光阱(光学粘团)的等效温度,典型值为TY≈22.3±2.2μK,TZ≈15.4±2.7μK(TY≈11.6±1.1μK,TZ≈2.8±1.2μK)。本文中的简化飞行时间荧光成像方案,在不牺牲冷原子样品等效温度测量的精度和准确度情况下,更容易在实验中执行和推广,对于应用于冷原子微波原子钟、冷原子光频原子钟、冷原子干涉重力仪等量子精密测量领域,以及采用冷原子样品进一步开展量子光学、量子信息处理等领域的研究工作,具有积极意义和良好的推广价值。

一种新的测量大尺度冷原子团温度的方法

报道了一种新的测量大尺度冷原子团温度的方法。这种方法利用反亥姆霍兹线圈产生四极磁场,探测光沿着竖直方向逐点测量冷原子团的分布情况,获得冷原子团在不同自由下落时间下的密度分布曲线,进而拟合出冷原子团的温度值。通过实验,利用这种方法测量了积分球中冷原子团的温度,为73±12μK,并与飞行时间(TOF)方法的测量结果进行了比较。