中国科学院国家授时中心光晶格锶原子光频标研究进展

介绍了中国科学院国家授时中心光晶格锶原子光频标研究的工作,主要包括锶原子的两级冷却与俘获,光晶格装载,钟跃迁探测,拉比振荡的测量以及基于光频测量的精密测量理论与技术研究。目前实验上获得温度为8.4μK,数目约1×10~5个^(88)Sr原子的一维光晶格;通过磁场混合~3P_1态与~3P_0态,扫描测量得到线宽为180 Hz的^(88)Sr钟跃迁谱线;获得拉比振荡曲线且拉比π脉冲时间为5 ms时原子跃迁几率达到65%。基于锶原子光钟研究平台,国际上首次全面测量了锶原子组间跃迁(5s^2)~1S_0–(5s5p)~3P_1所有天然同位素的跃迁频率;采用对两个外腔半导体激光器进行级联光学注入的办法,对光梳的模式进行选择和放大(重复频率250 MHz),成功实现了锶原子光钟的窄线宽冷却的689 nm光源,放大倍率达2×10~5倍,边模抑制比大于37 d B,线宽远小于240 Hz,为下一步锶原子光钟系统的简化提供了一条值得探索的途径。

锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测

87Sr原子存在核自旋,在磁场作用下原子能级会分裂成不同塞曼子能级.通过光抽运对原子进行自旋极化,其自旋极化谱线的探测为锶光钟系统的闭环锁定提供精确的频率参考.本文对^(87)Sr原子钟跃迁能级5s^2~1S_0→5s5p^3P_0中的m_F=+9/2和m_F=-9/2的塞曼磁子能级自旋极化谱线进行了探测.经过一级宽带冷却和二级窄线宽冷却与俘获后,锶冷原子温度为3.9μK,原子数目为3.5×10~6.利用邻近"魔术波长"的813.426 nm半导体激光光源实现水平方向的一维光晶格装载.采用归一化探测方法用线宽为Hz量级的698 nm钟激光对~1S_0→~3P_0偶极禁戒跃迁进行探测,在150 ms的探测时间下获得线宽为6.7 Hz的钟跃迁简并谱.在磁光阱竖直方向施加一个300 mGs的偏置磁场获得塞曼分裂谱,并通过689 nm的圆偏振自旋极化光进行光抽运,最终在探测时间为150 ms时,获得左右旋极化谱线线宽分别为6.2 Hz和6.8 Hz.