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锶原子的激光冷却和囚禁

作　者: 王强
导　师: 方占军
学　校: 中国计量科学研究院
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 光钟锶原子激光冷却和囚禁蓝磁光阱(蓝MOT) 红磁光阱(红MOT) 囚禁原子数冷原子温度
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

基于激光冷却和囚禁的铯原子喷泉钟是目前准确度最高的时间频率基准,其频率不确定度已经进入10-16量级。而激光冷却中性原子或单离子光钟有潜力实现10-18的量级,比目前最好的喷泉钟高100倍以上。2006年第17届CCTF会议将锶原子的5s21S1-5s5p3P0作为时间频率的次级秒定义之一。在不远的将来,有可能代替铯原子频率标准成为更加先进的时间频率秒定义。锶原子的冷却和囚禁是锶光钟研究中最基础也是最重要的一步。实验中,用锶原子单重态1S0-1P1的跃迁作为初级冷却,跃迁线宽约32 MHz,所对应激光为波长461nm的蓝光。利用原子的激光冷却和囚禁技术,用自旋翻转型塞曼减速器成功将大量锶原子从速度400 m／s以上冷却到速度50 m／s以下,并用磁光阱囚禁了锶原子,形成蓝MOT原子团。再加入二维准直、重泵浦激光后MOT中囚禁的原子数有10倍以上的增加。经过实验测量得到蓝MOT中的原子寿命为355 ms,原子数为108,温度为2-3mK。在461 nm激光冷却和囚禁的基础上,成功实现锶原子689 nm激光的红冷却,形成红MOT,并用吸收成像法拍照；初步估计原子从蓝MOT向红MOT的转移效率为20%；用荧光的飞行时间图像法初步测量红MOT原子团的温度为18μK。

全文目录

序  5-6
致谢  6-7
摘要  7-8
Abstract  8-14
第一章绪论  14-23
  1.1 时间频率计量的演化和原子微波钟  14-18
    1.1.1 世界时  14-15
    1.1.2 历书时  15-16
    1.1.3 原子时和原子钟  16-18
  1.2 基于激光冷却和囚禁的光钟  18-23
    1.2.1 离子光钟  20
    1.2.2 原子光钟  20-21
    1.2.3 原子光晶格钟  21-23
第二章锶原子的激光冷却和囚禁原理  23-37
  2.1 光与原子的相互作用  23-25
    2.1.1 散射力和偶极力  23-25
  2.2 原子的激光冷却和囚禁  25-33
    2.2.1 多普勒冷却  25-27
    2.2.2 原子束的激光冷却——塞曼减速器  27-29
    2.2.3 磁光阱(MOT)  29-32
    2.2.4 偶极力阱——光晶格  32-33
  2.3 锶原子的特性和冷却方案  33-37
第三章锶原子激光冷却和囚禁系统  37-58
  3.1 锶原子冷却和囚禁的真空系统  37-45
    3.1.1 真空系统概述  37-38
    3.1.2 原子炉和塞曼减速器  38-45
  3.2 锶原子冷却和囚禁的激光系统  45-58
    3.2.1 461nm激光  45-51
    3.2.2 689nm激光  51-56
    3.2.3 707nm和679nm激光  56-58
第四章蓝MOT的实现  58-87
  4.1 锶原子的冷却和囚禁实验装置  58-65
    4.1.1 锶原子冷却囚禁光路系统  58-62
    4.1.2 时序控制部分  62-65
  4.2 蓝MOT的实现  65-70
  4.3 蓝MOT参数测量  70-87
    4.3.1 MOT囚禁原子数测量  70-73
    4.3.2 塞曼减速器、二维准直以及重泵的效果  73-75
    4.3.3 MOT原子的寿命  75-77
    4.3.4 MOT原子温度测量  77-87
第五章红MOT初步实验  87-97
  5.1 红MOT的实验装置  87-88
  5.2 红MOT的实现  88-91
  5.3 红MOT参数初步测量  91-97
    5.3.1 红MOT原子温度测量  91-97
第六章结论和展望  97-99
参考文献  99-103
发表文章和申请专利  103

锶原子的激光冷却和囚禁

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