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小型化锶光钟物理系统的研制

赵芳婧 高峰 韩建新 周驰华 孟俊伟 王叶兵 郭阳 张首刚 常宏

小型化锶光钟物理系统的研制

赵芳婧, 高峰, 韩建新, 周驰华, 孟俊伟, 王叶兵, 郭阳, 张首刚, 常宏
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  • 光钟物理系统的小型化是制约可搬运光钟及空间冷原子光钟发展的重要因素.主要介绍了小型化锶原子光钟物理系统的研制实验.采用真空腔内置反亥姆霍兹线圈,构建一个小电流、低功耗及小体积的磁光阱.实验中测得真空线圈通电电流仅为2 A时,磁光阱中心区域轴向磁场梯度可达到43 Gs/cm,完全满足锶原子多普勒冷却与俘获对磁场梯度的要求.目前已经成功将锶原子光钟物理系统体积缩小至60 cm×20 cm×15 cm,约为实验室原锶光钟物理系统体积的1/10,并且实现了锶原子的一级冷却,测得俘获区冷原子团的直径为1.5 mm,温度约为10.6 mK.锶同位素88Sr和87Sr的冷原子数目分别为1.6×106和1.5×105.重抽运激光707和679 nm的加入,消除了冷原子在3P2和3P0两能态上的堆积,最终可将冷原子数目提高5倍以上.
      通信作者: 高峰, summit_gao@ntsc.ac.cn;changhong@ntsc.ac.cn ; 常宏, summit_gao@ntsc.ac.cn;changhong@ntsc.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号:11603030)、国家自然科学基金(批准号:11474282,61775220)、中国科学院战略性先导科技专项(B类)(批准号:XDB21030700)和中国科学院前沿科学重点研究项目(批准号:QYZDB-SSW-JSC004)资助的课题.
    [1]

    Campbell S L, Hutson R B, Marti G E, Goban A, Darkwah Oppong N, McNally R L, Sonderhouse L, Robinson J M, Zhang W, Bloom B J, Ye J 2017 Science 358 90

    [2]

    Le Targat R, Lorini L, Le Coq Y, Zawada M, Guéna J, Abgrall M, Gurov M, Rosenbusch P, Rovera D G, Nagórny B, Gartman R, Westergaard P G, Tobar M E, Lours M, Santarelli G, Clairon A, Bize S, Laurent P, Lemonde P, Lodewyck J 2013 Nat. Commun. 4 2109

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    Takano T, Takamoto M, Ushijima I, Ohmae N, Akatsuka T, Yamaguchi A, Kuroishi Y, Munekane H, Miyahara B, Katori H 2016 Nat. Photon. 10 662

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    Falke S, Lemke N, Grebing C, Lipphardt B, Weyers S, Gerginov V, Huntemann N, Hagemann C, Al-Masoudi A, Häfner S, Vogt S, Sterr U, Lisdat C 2014 New J. Phys. 16 073023

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    Schiller S, Görlitz A, Nevsky A, Koelemeij J C J, Wicht A, Gill P, Klein H A, Margolis H S, Mileti G, Sterr U, Riehle F, Peik E, Tamm C, Ertmer W, Rasel E, Klein V, Salomon C, Tino G M, Lemonde P, Holzwarth R, Hänsch T W 2007 Nucl. Phys. B 166 300

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    Salomon Ch, Dimarcq N, Abgrall M, Clairon A, Laurent P, Lemonde P, Santarelli G, Uhrich P, Bernier L G, Busca G, Jornod A, Thomann P, Samain E, Wolf P, Gonzalez F, Guillemot Ph, Leon S, Nouel F, Sirmain Ch, Feltham S 2001 C. R. Phys. 2 1313

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    Origlia S, Schiller S, Pramod M S, Smith L, Singh Y, He W, Viswam S, Świerad D, Hughes J, Bongs K, Sterr U, Lisdat C, Vogt S, Bize S, Lodewyck J, Le Targa R, Holleville D, Venon B, Gill P, Barwood G, Hill I R, Ovchinnikov Y, Kulosa A, Ertmer W, Rasel E M, Stuhler J, Kaenders W, the SOC2 consortium contributors 2016 Quantum Opt. 9900 990003

    [19]

    Poli N, Schioppo M, Vogt S, Falke St, Sterr U, Lisdat Ch, Tino G M 2014 Appl. Phys. B 117 1107

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    Koller S B, Grotti J, Vogt S, Al-Masoudi A, Dörscher S, Häfner S, Sterr U, Lisdat C 2017 Phys. Rev. Lett. 118 073601

    [21]

    Cao J, Zhang P, Shang J J, Cui K F, Yuan J B, Chao S J, Wang S M, Shu H L, Huang X R 2017 Appl. Phys. B 123 112

    [22]

    Vogt S, Lisdat C, Legero T, Sterr U, Ernsting I, Nevsky A, Schiller S 2011 Appl. Phys. B 104 741

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    Xu Q F, Liu H, Lu B Q, Wang Y B, Yin M J, Kong D H, Ren J, Tian X, Chang H 2015 Chin. Opt. Lett. 13 100201

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-04
  • 修回日期:  2017-12-21
  • 刊出日期:  2018-03-05

小型化锶光钟物理系统的研制

    基金项目: 

    国家自然科学基金青年科学基金(批准号:11603030)、国家自然科学基金(批准号:11474282,61775220)、中国科学院战略性先导科技专项(B类)(批准号:XDB21030700)和中国科学院前沿科学重点研究项目(批准号:QYZDB-SSW-JSC004)资助的课题.

摘要: 光钟物理系统的小型化是制约可搬运光钟及空间冷原子光钟发展的重要因素.主要介绍了小型化锶原子光钟物理系统的研制实验.采用真空腔内置反亥姆霍兹线圈,构建一个小电流、低功耗及小体积的磁光阱.实验中测得真空线圈通电电流仅为2 A时,磁光阱中心区域轴向磁场梯度可达到43 Gs/cm,完全满足锶原子多普勒冷却与俘获对磁场梯度的要求.目前已经成功将锶原子光钟物理系统体积缩小至60 cm×20 cm×15 cm,约为实验室原锶光钟物理系统体积的1/10,并且实现了锶原子的一级冷却,测得俘获区冷原子团的直径为1.5 mm,温度约为10.6 mK.锶同位素88Sr和87Sr的冷原子数目分别为1.6×106和1.5×105.重抽运激光707和679 nm的加入,消除了冷原子在3P2和3P0两能态上的堆积,最终可将冷原子数目提高5倍以上.

English Abstract

参考文献 (31)

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