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锶光晶格钟一级冷却的实现

作　者: 田晓
导　师: 常宏
学　校: 中国科学院研究生院（国家授时中心）
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 光钟一级冷却蓝光磁光阱冷原子数目冷原子温度
分类号: TH714.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 31次
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内容摘要

光钟是目前公认的最具有发展潜力的原子钟,理论上预期光钟的频率不确定度可达10-18,有望成为国际新一代时间频率基准。基于囚禁中性原子的光晶格钟具有更多的原子数目,有利于提高原子谱线的信噪比,且由于使用“魔术”波长来构成光晶格,能使得原子钟跃迁的基态和激发态的Stark频移相同,最终使原子钟跃迁频率保持精确不变。在光钟的研制中,对于冷原子样品的制备很关键,由于稳频激光最终要锁定至原子跃迁谱线上,因此它的谱线质量要非常好,也即要求我们冷却的原子样品温度尽量低且数目足够多,最终对钟整体性能起到很大提高作用。本文介绍了以碱土金属锶作为光钟冷原子样品的实验研究,对于锶原子的冷却分为两级,一级冷却利用偶极跃迁(5s2)1S0—(5s5p)1P1 ,对应辐射波长461nm,二级冷却使用(5s2)1S0—(5s5p) 3P1能级跃迁,对应辐射波长689nm。目前已完成锶冷原子样品的一级冷却实验,即Blue MOT,正在进行二级冷却的实验准备工作。具体地,文章先主要介绍了用于一级冷却的实验装置,包括锶原子束源的产生装置、实验用多台激光器、塞曼减速磁场线圈及反向赫姆霍兹磁场线圈等,然后在此实验装置的基础上实现了对锶原子的冷却和俘获,利用荧光收集法对冷原子数目进行测量,然后分别采用飞行时间法和原子云膨胀法对冷原子温度进行测量,最后简要介绍了用于二级冷却实验的689nm半导体激光光源的稳频、线宽压窄以及相关时序控制系统的重要性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
图目录  10-12
第1章绪论  12-22
  1.1 引言  12-14
  1.2 光钟  14-17
    1.2.1 离子光钟  15-16
    1.2.2 中性冷原子光钟  16-17
  1.3 锶冷原子光晶格钟的原子源  17-18
  1.4 论文主要内容  18-20
  参考文献  20-22
第2章锶原子一级冷却和俘获实验装置  22-34
  2.1 锶原子的基本特性  22
  2.2 锶原子束的产生装置  22-23
  2.3 实验真空系统装置  23-25
  2.4 实验用激光器  25-27
    2.4.1 461nm 激光器  25-26
    2.4.2 重泵浦光激光器707nm和679nm  26-27
  2.5 实验用磁场  27-32
    2.5.1 塞曼减速器  27-29
    2.5.2 磁光阱的磁场  29-32
  参考文献  32-34
第3章锶原子一级冷却原子团的实现  34-52
  3.1 利用锶热原子束的激光稳频  34-40
    3.1.1 锶热原子束荧光的激光稳频  34-37
    3.1.2 利用塞曼效应的热原子束荧光的激光稳频  37-40
  3.2 锶原子磁光阱实验系统及Blue MOT 的实现  40-46
  3.3 光场和磁场对锶原子Blue MOT 的影响  46-49
    3.3.1 重泵浦激光（Repumping laser）的作用  46-48
    3.3.2 塞曼磁场对Blue MOT 的影响  48-49
  3.4 实验的时序控制系统  49-51
  参考文献  51-52
第4章一级冷却锶原子物理参数的测量  52-63
  4.1 磁光阱的装载时间和释放时间（Loading time & Release time）  52-53
  4.2 冷原子尺寸  53
  4.3 利用荧光收集法测冷原子数目  53-56
  4.4 利用短程飞行时间法和原子云膨胀法对冷原子的温度测量  56-62
  参考文献  62-63
第5章工作总结与展望  63-67
  5.1 工作总结  63-64
  5.2 展望  64-66
  参考文献  66-67
硕士期间发表论文  67-68
致谢  68-69

锶光晶格钟一级冷却的实现

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