调制转移光谱对激光频率起伏分辨率的影响因素分析及优化方法

采用电光位相调制器对泵浦光进行位相调制,得到射频调制转移光谱(MTS),并研究MTS光谱的类色散信号中心过零点斜率优化问题。通过改变泵浦光的调制频率,泵浦光与探测光的光斑大小,研究MTS光谱信号过零点斜率与二者之间的参数依赖关系,在泵浦光调制频率为~3.6 MHz(大约是自然线宽的0.69倍)时,得到最佳的MTS光谱信号。最后利用最优的MTS光谱将DL Pro@852 nm激光频率锁定到铯原子D2线(F=4)-(F=5’)循环跃迁,在60 min采样时间内激光频率起伏约为170 kHz,与自由运转时激光器~11 MHz的频率起伏相比,频率起伏得到了显著改善。

室温铯原子气室窄线宽相干布居振荡光谱

相干布居振荡(coherent population oscillations,CPO)光谱是一种原子布居数调制光谱,主要利用两束位相锁定、频率差小于原子自发辐射线宽的耦合光和探测光与原子相互作用,激光强度调制会导致原子布居数相干振荡,实现窄带宽的探测光透射.本文基于L型原子能级结构,在室温铯原子系综中实现了相干布居振荡光谱,光谱典型线宽小于50 kHz,远低于5.2 MHz的自发辐射线宽.L型能级结构的相干布居振荡光谱线宽依赖多个简并能级系统的布居数关联振荡,其不要求原子态的相位关联,有利于在长激发态寿命的Rydberg原子系统中基于相干布居振荡获得窄线宽光谱,从而提高基于Rydberg原子光谱的精密测量的灵敏度.

基于级联光参量放大器的碱金属原子跃迁线波段压缩光源分析

碱金属原子跃迁线波段压缩态光场是量子信息以及精密测量领域的重要量子资源.碱金属原子跃迁线波长短(760—860 nm),受限于非线性晶体的灰迹效应,光参量放大器制备的此波段压缩态光场的压缩度有限,目前典型值约3—5 dB.本文在光参量放大器的理论模型基础上,结合原子跃迁线波段压缩态光场实验制备面临的问题,研究光参量放大器输出光场量子噪声随其物理参数的变化规律,获得最优的物理参数.构建了级联光参量放大器的理论模型,以此为基础分别在分析频率2 MHz和100 kHz,研究了级联环路光学损耗以及相位噪声对级联系统输出量子噪声特性的影响.研究发现,对于兆赫兹波段的压缩,在低的光路损耗以及位相噪声前提下,级联2—3个光参量放大器可实现压缩的显著提升;对于低频段压缩,级联系统对压缩的增强较小.在目前的实验参数条件下,进一步探究了级联系统输出压缩态光场的量子极限以及频谱特性.本研究可为原子跃迁线波段压缩态光场压缩度的提升提供参考和指导.

采用反抽运光改善光泵铷原子磁强计的灵敏度

在光泵原子磁强计的实验装置中,窄线宽及高信噪比的磁共振信号是实现高灵敏度磁强计的充要条件.本文的实验中利用795 nm波长窄线宽单频连续极化光(同时也是探测光)对比研究了不同类型铷原子气室、不同温度下典型的磁共振信号,在镀石蜡的铷原子气室中获得最优化的磁共振信号.通过引入铷原子D2线780 nm波长窄线宽单频连续反抽运光,研究了激光功率对磁共振信号信噪比和线宽的影响.实验表明,780 nm波长窄线宽单频连续反抽运光的引入使得铷-85原子磁共振信号的信号幅值有明显提高并且线宽没有明显展宽.引入780 nm波长窄线宽单频连续反抽运光后,闭环锁定的铷-85原子磁强计在约1.2 kHz频率带宽范围内灵敏度约为26.4 pT/Hz^(1/2),相比仅有795 nm波长窄线宽单频连续极化光(同时也是探测光)存在时提高了近1个数量级.同时本实验利用增强后的铷原子磁共振信号对一种商用的磁通门磁强计在弱磁场测量时的准确度和偏差进行了校准.

铷原子系综自旋噪声谱实验研究

自旋噪声谱是一种测量自旋涨落的光谱技术,由于无扰动的测量机制,其光谱信号非常微弱.本文基于含有一定压力的缓冲气体的天然丰度铷原子气室,搭建了无外磁干扰的铷原子系综自旋噪声谱测量装置,获得了微弱的铷原子系综自旋噪声谱信号,实现了对铷原子系综自旋特性的测量与表征.研究了探测光光强、频率失谐量、铷原子数密度等参数对自旋噪声谱信号的影响.自旋噪声谱信号的积分与探测光光强的平方成正比,光强会展宽自旋噪声谱的半高全宽.自旋噪声谱信号的积分依赖于探测光的失谐量,共振处呈现凹陷,这是由一定压力的缓冲气体的充入引起均匀展宽所导致.自旋噪声信号的积分与原子数密度的1/2次幂成正比.本研究有助于铷原子自旋噪声谱技术应用于磁场的精密测量等方面,也为高信噪比、小型化铷原子自旋噪声谱测量系统的研制提供了参考.