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锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测

郭阳 尹默娟 徐琴芳 王叶兵 卢本全 任洁 赵芳婧 常宏

锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测

郭阳, 尹默娟, 徐琴芳, 王叶兵, 卢本全, 任洁, 赵芳婧, 常宏
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  • 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87Sr原子钟跃迁能级5s2 1S0m 5s5p 3P0中的mF=+9/2和mF=-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3.9 K,原子数目为3.5106.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1S03P0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.
      通信作者: 常宏, changhong@ntsc.ac.cn
    • 基金项目: 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]

    Huang Y, Guan H, Liu P, Bian W, Ma L, Liang K, Li T, Gao K 2016 Phys. Rev. Lett. 116 013001

    [2]

    Chou C W, Hume D B, Koelemeij J C J, Wineland D J, Rosenband T 2010 Phys. Rev. Lett. 104 070802

    [3]

    Zhou M, Xu X Y 2016 AAPPS Bulletin 26 10

    [4]

    Ushijima I, Takamoto M, Das M, Ohkubo T, Katori H 2015 Nature Photon. 9 185

    [5]

    Hinkley N, Sherman J A, Phillips N B, Schioppo M, Lemke N D, Beloy K, Pizzocaro M, Oates C W, Ludlow A D 2013 Science 341 1215

    [6]

    Ludlow A D, Boyd M M, Ye J, Peik E, Schmidt P O 2015 Rev. Mod. Phys. 87 637

    [7]

    Bord C J 2005 Phil. Trans. R. Soc. A 363 2177

    [8]

    Dow J M, Neilan R, Rizos C 2009 J. Geod. 83 191

    [9]

    Rosenband T, Hume D B, Schmidt P O, Chou C W, Brusch A, Lorini L, Oskay W H, Drullinger R E, Fortier T M, Stalnaker J E, Diddams S A, Swann W C, Newbury N R, Itano W M, Wineland D J, Bergquist J C 2008 Science 319 1808

    [10]

    Maleki L Prestage J 2005 Metrologia 42 S145

    [11]

    Kolkowitz S, Pikovski I, Langellier N, Lukin M D, Walsworth R L, Ye J 2016 Phys. Rev. D 94 124043

    [12]

    Will C M 2014 Living Rev. Relativity 17 4

    [13]

    Katori H, Hashiguchi K, Il'inova E Y, Ovsiannikov V D 2009 Phys. Rev. Lett. 103 153004

    [14]

    Campbell S L, Hutson R B, Martil 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

    [15]

    Falke S, Schnatz H, Vellore Winfred J S R, Middelmann T, Vogt S, Weyers S, Lipphardt B, Grosche G, Riehle F, Sterr U, Lisdat C 2011 Metrologia 48 399

    [16]

    Targat R L, Lorini L, Le Coq Y, Zawada M, Guena J, Abgrall M, Gurov M, Rosenbusch P, Rovera D G, Nago'rny 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

    [17]

    Lin Y G, Wang Q, Li Y, Meng F, Lin B K, Zang E J, Sun Z, Fang F, Li T C, Fang Z J 2015 Chin. Phys. Lett. 32 090601

    [18]

    Boyd M M 2007 Ph. D. Dissertation (Colorado: University of Colorado)

    [19]

    Tian X 2010 M. S. Dissertation (Beijing: University of Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [田晓 2010 硕士学位论文 (北京: 中国科学院大学)]

    [20]

    Mukaiyama T, Katori H, Ido T, Li Y, Kuwata-Gonokami M 2003 Phys. Rev. Lett. 90 113002

    [21]

    Xie Y L, Lu B Q, Liu H, Wang Y B, Chang H 2015 Acta Sin. Quan. Opt. 21 136 (in Chinese) [谢玉林, 卢本全, 刘辉, 王叶兵, 常宏 2015 量子光学学报 21 136]

    [22]

    Wang Q 2016 Ph. D. Dissertation (Beijing: Tsinghua University) (in Chinese) [王强 2016 博士学位论文 (北京: 清华大学)]

    [23]

    Tian X 2016 Ph. D. Dissertation (Beijing: University of Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [田晓 2016 博士学位论文 (北京: 中国科学院大学)]

    [24]

    Liu H, Yin M J, Kong D H, Xu Q F, Zhang S G, Chang H 2015 Appl. Phys. Lett. 107 151104

    [25]

    Zhang S 2016 Ph. D. Dissertation (Beijing: China Jiliang University) (in Chinese) [张枢 2016 博士学位论文 (北京: 中国计量大学)]

    [26]

    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

    [27]

    McDonald M, McGuyer B H, Iwata G Z, Zelevinsky T 2015 Phys. Rev. Lett. 114 023001

    [28]

    Boyd M M, Zelevinsky T, Ludlow A D, Blatt S, Zanon-Willette T, Foreman S M, Ye J 2007 Phys. Rev. A 76 022510

  • [1]

    Huang Y, Guan H, Liu P, Bian W, Ma L, Liang K, Li T, Gao K 2016 Phys. Rev. Lett. 116 013001

    [2]

    Chou C W, Hume D B, Koelemeij J C J, Wineland D J, Rosenband T 2010 Phys. Rev. Lett. 104 070802

    [3]

    Zhou M, Xu X Y 2016 AAPPS Bulletin 26 10

    [4]

    Ushijima I, Takamoto M, Das M, Ohkubo T, Katori H 2015 Nature Photon. 9 185

    [5]

    Hinkley N, Sherman J A, Phillips N B, Schioppo M, Lemke N D, Beloy K, Pizzocaro M, Oates C W, Ludlow A D 2013 Science 341 1215

    [6]

    Ludlow A D, Boyd M M, Ye J, Peik E, Schmidt P O 2015 Rev. Mod. Phys. 87 637

    [7]

    Bord C J 2005 Phil. Trans. R. Soc. A 363 2177

    [8]

    Dow J M, Neilan R, Rizos C 2009 J. Geod. 83 191

    [9]

    Rosenband T, Hume D B, Schmidt P O, Chou C W, Brusch A, Lorini L, Oskay W H, Drullinger R E, Fortier T M, Stalnaker J E, Diddams S A, Swann W C, Newbury N R, Itano W M, Wineland D J, Bergquist J C 2008 Science 319 1808

    [10]

    Maleki L Prestage J 2005 Metrologia 42 S145

    [11]

    Kolkowitz S, Pikovski I, Langellier N, Lukin M D, Walsworth R L, Ye J 2016 Phys. Rev. D 94 124043

    [12]

    Will C M 2014 Living Rev. Relativity 17 4

    [13]

    Katori H, Hashiguchi K, Il'inova E Y, Ovsiannikov V D 2009 Phys. Rev. Lett. 103 153004

    [14]

    Campbell S L, Hutson R B, Martil 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

    [15]

    Falke S, Schnatz H, Vellore Winfred J S R, Middelmann T, Vogt S, Weyers S, Lipphardt B, Grosche G, Riehle F, Sterr U, Lisdat C 2011 Metrologia 48 399

    [16]

    Targat R L, Lorini L, Le Coq Y, Zawada M, Guena J, Abgrall M, Gurov M, Rosenbusch P, Rovera D G, Nago'rny 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

    [17]

    Lin Y G, Wang Q, Li Y, Meng F, Lin B K, Zang E J, Sun Z, Fang F, Li T C, Fang Z J 2015 Chin. Phys. Lett. 32 090601

    [18]

    Boyd M M 2007 Ph. D. Dissertation (Colorado: University of Colorado)

    [19]

    Tian X 2010 M. S. Dissertation (Beijing: University of Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [田晓 2010 硕士学位论文 (北京: 中国科学院大学)]

    [20]

    Mukaiyama T, Katori H, Ido T, Li Y, Kuwata-Gonokami M 2003 Phys. Rev. Lett. 90 113002

    [21]

    Xie Y L, Lu B Q, Liu H, Wang Y B, Chang H 2015 Acta Sin. Quan. Opt. 21 136 (in Chinese) [谢玉林, 卢本全, 刘辉, 王叶兵, 常宏 2015 量子光学学报 21 136]

    [22]

    Wang Q 2016 Ph. D. Dissertation (Beijing: Tsinghua University) (in Chinese) [王强 2016 博士学位论文 (北京: 清华大学)]

    [23]

    Tian X 2016 Ph. D. Dissertation (Beijing: University of Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [田晓 2016 博士学位论文 (北京: 中国科学院大学)]

    [24]

    Liu H, Yin M J, Kong D H, Xu Q F, Zhang S G, Chang H 2015 Appl. Phys. Lett. 107 151104

    [25]

    Zhang S 2016 Ph. D. Dissertation (Beijing: China Jiliang University) (in Chinese) [张枢 2016 博士学位论文 (北京: 中国计量大学)]

    [26]

    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

    [27]

    McDonald M, McGuyer B H, Iwata G Z, Zelevinsky T 2015 Phys. Rev. Lett. 114 023001

    [28]

    Boyd M M, Zelevinsky T, Ludlow A D, Blatt S, Zanon-Willette T, Foreman S M, Ye J 2007 Phys. Rev. A 76 022510

  • [1] 卢晓同, 李婷, 孔德欢, 王叶兵, 常宏. 锶原子光晶格钟碰撞频移的测量. 物理学报, 2019, 68(23): 233401. doi: 10.7498/aps.68.20191147
    [2] 李婷, 卢晓同, 张强, 孔德欢, 王叶兵, 常宏. 锶原子光晶格钟黑体辐射频移评估. 物理学报, 2019, 68(9): 093701. doi: 10.7498/aps.68.20182294
    [3] 林弋戈, 方占军. 锶原子光晶格钟. 物理学报, 2018, 67(16): 160604. doi: 10.7498/aps.67.20181097
    [4] 高峰, 王叶兵, 田晓, 许朋, 常宏. 锶原子三重态谱线的观测及在光钟中的应用. 物理学报, 2012, 61(17): 173201. doi: 10.7498/aps.61.173201
    [5] 徐琴芳, 尹默娟, 孔德欢, 王叶兵, 卢本全, 郭阳, 常宏. 光梳主动滤波放大实现锶原子光钟二级冷却光源. 物理学报, 2018, 67(8): 080601. doi: 10.7498/aps.67.20172733
    [6] 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. 物理学报, 2018, 67(5): 050601. doi: 10.7498/aps.67.20172584
    [7] 张曦, 刘慧, 姜坤良, 王进起, 熊转贤, 贺凌翔, 吕宝龙. 利用传输腔技术实现镱原子光钟光晶格场的频率稳定. 物理学报, 2017, 66(16): 164205. doi: 10.7498/aps.66.164205
    [8] 王叶兵, 陈洁, 田晓, 高峰, 常宏. 锶原子互组跃迁谱的实验研究. 物理学报, 2012, 61(2): 020601. doi: 10.7498/aps.61.020601
    [9] 吴长江, 阮军, 陈江, 张辉, 张首刚. 应用于铯原子喷泉钟的二维磁光阱研制. 物理学报, 2013, 62(6): 063201. doi: 10.7498/aps.62.063201
    [10] 吴振森, 柯熙政. 原子钟噪声中的混沌现象及其统计特性. 物理学报, 1998, 47(9): 1436-1449. doi: 10.7498/aps.47.1436
    [11] 张祥, 卢本全, 李冀光, 邹宏新. Hg+离子5d106s 2S1/2→5d96s2 2D5/2钟跃迁同位素位移和超精细结构的理论研究. 物理学报, 2019, 68(4): 043101. doi: 10.7498/aps.68.20182136
    [12] 侯海燕, 姚慧, 李志坚, 聂一行. 磁性硅烯超晶格中电场调制的谷极化和自旋极化. 物理学报, 2018, 67(8): 086801. doi: 10.7498/aps.67.20180080
    [13] 李家明, 侯氢. 自旋极化电子与Xe原子的弹性碰撞. 物理学报, 1992, 41(9): 1424-1430. doi: 10.7498/aps.41.1424
    [14] 马中水, 李华钟, 袁焯权. 一维复合势垒中的Larmor钟. 物理学报, 1998, 47(11): 1885-1895. doi: 10.7498/aps.47.1885
    [15] 李鲠颖, 邬学文. 粉末样品自旋3/2四极核中心跃迁的高分辨核磁共振谱. 物理学报, 1990, 39(11): 1848-1853. doi: 10.7498/aps.39.1848
    [16] 张星, 张奕, 张建伟, 张建, 钟础宇, 黄佑文, 宁永强, 顾思洪, 王立军. 894nm高温垂直腔面发射激光器及其芯片级铯原子钟系统的应用. 物理学报, 2016, 65(13): 134204. doi: 10.7498/aps.65.134204
    [17] 李华, 董建敏, 潘凤春, 梅良模, 陈丽. 原子簇La8-xBaxCuO6的原子磁矩和自旋极化的电子结构研究. 物理学报, 2004, 53(1): 254-259. doi: 10.7498/aps.53.254
    [18] 谷晓芳, 钱轩, 姬扬, 陈林, 赵建华. (Ga,Mn)As中电流诱导自旋极化的磁光Kerr测量. 物理学报, 2012, 61(3): 037801. doi: 10.7498/aps.61.037801
    [19] 项金真, 夏建白. 磁场下超晶格的子带结构及光跃迁. 物理学报, 1988, 37(12): 1915-1924. doi: 10.7498/aps.37.1915
    [20] 田晓, 王叶兵, 卢本全, 刘辉, 徐琴芳, 任洁, 尹默娟, 孔德欢, 常宏, 张首刚. 锶玻色子的“魔术”波长光晶格装载实验研究. 物理学报, 2015, 64(13): 130601. doi: 10.7498/aps.64.130601
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-28
  • 修回日期:  2018-02-01
  • 刊出日期:  2018-04-05

锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测

  • 1. 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室, 西安 710600;
  • 2. 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
  • 通信作者: 常宏, changhong@ntsc.ac.cn
    基金项目: 

    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: 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87Sr原子钟跃迁能级5s2 1S0m 5s5p 3P0中的mF=+9/2和mF=-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3.9 K,原子数目为3.5106.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1S03P0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.

English Abstract

参考文献 (28)

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