基于铯133原子D1线直接吸收光谱的多普勒展宽热力学温度测量

玻尔兹曼常量的定值致使温度测量逐步从协议温标向热力学温标过渡。为实现一种量子化的热力学温度测量传感方案,利用直接吸收光谱方法精密测量铯133原子D1(6S^(1/2)→6P^(1/2))跃迁吸收谱线,依据谱线多普勒展宽分量获得原子气体在该平衡态下的热力学温度。实验验证将外腔扫描激光器输出频率锁定于精密波长计,实现1000s稳定时长条件下10^(-9)量级的频率稳定度;通过振幅型声光调制器闭环控制实现优于1000∶1的测量信噪比;通过福格特线型拟合得到多普勒展宽半高全宽宽度。在室温条件下,初步结果显示温度测量误差为0.12%。由此验证了基于原子直接吸收光谱的多普勒展宽测温方法可用来实现芯片尺度、免标定的热力学温度测量。

对应于铯原子D_1线正交压缩真空态光场的制备

对应于碱金属原子吸收线的非经典光是量子信息网络中重要光源之一,近年来受到人们的广泛关注。而对应于铯原子D_1线的非经典光场由于其独特的波长在固态量子信息网络中有重要应用前景。采用连续单频钛宝石激光器作为光源,将输出的锁定于铯原子D_1线的894.6nm激光通过外腔倍频产生447.3nm蓝光,再用于抽运由周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体作为非线性介质的连续简并光学参量振荡器,获得铯原子D_1线的单模正交压缩真空光。光学参量振荡器阈值为39mW,在注入抽运光功率为30mW时,利用平衡零拍探测装置测得2.8dB正交压缩度。考虑到探测效率,光学参量振荡器输出光场的实际压缩度为4.4dB。

894nm外腔半导体激光器

介绍了一种基于Littrow结构的894 nm外腔半导体激光器的设计原理,给出了光栅转轴的优化点计算,分析了无跳模范围和实际转轴位置的关系,指出了实际光栅转轴点的合理位置。针对铯原子激光抽运磁力仪的应用要求,通过外腔的选频功能,以及低噪声激光电流源、低温漂温控器和低噪声压电陶瓷驱动器,实现了自由运转波长为904 nm的激光管调谐到894 nm的单模运转,连续无跳模范围在3GHz以上。共焦FP腔的观测表明,外腔半导体激光器对自由运转激光管的线宽进行了有效压窄。搭建了饱和吸收谱装置,成功观测到了Cs原子D1线的F=3->F′=3,4和F=4->F′=3,4两套饱和吸收谱线。

采用铯原子偏振光谱对894.6nm外腔式半导体激光器稳频的实验研究

通过铯原子D_1线超精细跃迁能级的偏振光谱获得鉴频曲线,利用电子伺服系统将鉴频曲线反馈到894.6nm外腔式半导体激光器的压电陶瓷上进行锁定。由于偏振光谱技术不需要对激光器进行调制,因此不会带来额外的噪声。激光器自由运转400s内频率起伏为2.35 MHz,采用偏振光谱锁定激光器后400s内频率起伏为0.95 MHz,有效抑制了激光器的频率起伏。