用于原子干涉仪实验的锂原子的塞曼减速与磁光囚禁

杨威; 孙大立; 周林; 王谨; 詹明生

doi:10.7498/aps.63.153701

摘要

为了制备适于原子干涉仪实验的低温锂原子样品，开展了锂原子的塞曼减速及与磁光阱囚禁相关的实验研究. 设计并实现了一种结构紧凑的腔体内冷式多级线圈叠加的塞曼减速器，将速度小于600 m/s的7Li原子减速到60 m/s，磁光阱装载速率为5108 /s，囚禁原子数目1109 个，原子团的最低温度约为220 30 K. 研究了光学黏胶中7Li原子的寿命与囚禁光频率失谐量的关系. 这些结果为进一步开展7Li 原子亚多普勒冷却、光势阱蒸发冷却以及原子干涉仪实验奠定了基础.

关键词:

Abstract

To prepare cold lithium atoms for atomic interferometry experiments, we have carried out experimental researches on Zeeman deceleration and magneto-optical trap (MOT) of lithium atoms. We have also designed and implemented a compact adjustable Zeeman slower with an inner water cooling chamber, to decelerate the velocity of the 7Li atom beam from 600 m/s down to 60 m/s, and load them into the MOT. The loading rate is 5108 /s, the total trapped atom number is 1109 , and the lowest temperature of the atom cloud is 220 30 K. Then we investigate the dependence of lifetime of 7Li atoms in optical molasses on the detuning of trapping laser beams. The above results lay a foundation for further sub-Doppler cooling, optical trap based on evaporative cooling, and atomic interferometry experiments.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院武汉物理与数学研究所, 波谱与原子分子物理国家重点实验室, 武汉 430071;

2.
中国科学院大学, 北京 100049;

3.
中国科学院冷原子物理中心, 武汉 430071

基金项目: 国家重点基础研究发展规划（批准号：2010CB832805）和国家自然科学基金（批准号：11074281，11227803）资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China;

2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;

3.
Center for Cold Atom Physics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China

Funds: Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2010CB832805), and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11074281, 11227803).

参考文献

[1]
[2]	Navon N, Piatecki S, Günter K, Rem B, Nguyen T C, Chevy F, Krauth W, Salomon C 2011 Phys. Rev. Lett. 107 135301
[3]	Nascimbène S, Navon N, Jiang K J, Chevy F, Salomon C 2010 Nature 463 1057
[4]
[5]	Bradley C C, Sackett C A, Hulet R G 1997 Phys. Rev. Lett. 78 985
[6]
[7]	Cetina M, Grier A T, and Vuleti V 2012 Phys. Rev. Lett. 109 253201
[8]
[9]
[10]	Lepoutre S, Gauguet A, Trénec G, Büchner M, Vigué J 2012 Phys. Rev. Lett. 109 120404
[11]
[12]	Cronin A D, Schmiedmayer J, Pritchard D E 2009 Rev. Mod. Phys. 81 1051
[13]	Delhuille R, Champenois C, Büchner M, Jozefowski L, Rizzo C, Trénec G, Vigué J 2002 Appl. Phys. B 74 489
[14]
[15]
[16]	Miffre A, Jacquey M, Büchner M, Trénec G, Vigué J 2006 Phys. Rev. A 73 011603
[17]
[18]	Jacquey M, Büchner M, Trénec G, Vigué J 2007 Phys. Rev. Lett. 98 240405
[19]	Hohensee M A, Müller H 2011 J. Mod. Opt. 58 2021
[20]
[21]
[22]	Hamilton P, Kim G, Ossiander M, Mukharjee B, Tiarks D, Müller H 2012 The 23rd International Conference on Atomic Physics Palaiseau, France, July 23-27, 2012 p283
[23]	Zhou L, Xiong Z Y, Yang W, Tang B, Peng W C, Hao K, Li R B, Liu M, Wang J, Zhan M S 2011 Gen. Relativ. Gravit. 43 1931
[24]
[25]	Phillips W D, Metcalf H 1982 Phys. Rev. Lett. 48 596
[26]
[27]
[28]	Bradley C C, Story J G, Tollett J J, Chen J, Ritchie N W M, Hulet R G 1992 Opt. Lett. 17 349
[29]	Tiecke T G, Gensemer S D, Ludewig A, Walraven J T M 2009 Phys. Rev. A 80 013409
[30]
[31]	Lin Z, Shimizu K, Zhan M S, Shimizu F, Takuma H 1991 Jap. J. App. Phys. 30 L1324
[32]
[33]
[34]	Okano M, Hara H, Muramatsu M, Doi K, Uetake S, Takasu Y, Takahashi Y 2010 Appl Phys B 98 691
[35]	Zhao P Y, Xiong Z X, Long Y, He L X, Lü B L 2009 Chin. Phys. Lett 26 083702
[36]
[37]	Wang S K, Wang Q, Lin Y G, Wang M M, Lin B K, Zang E J, Li T C, Fang Z J 2009 Chin. Phys. Lett 26 93202
[38]
[39]	Wang Q, Lin B K, Zhao Y, Li Y, Wang S K, Wang M M, Zang E J, Li T C, Fang Z J 2011 Chin. Phys. Lett. 28 03321
[40]
[41]
[42]	Tian X, Chang H, Wang X L, Zhang S G 2010 Acta Opt. Sin. 30 898 (in Chinese) [田晓, 常宏, 王心亮, 张首刚 2010 光学学报 30 898]
[43]
[44]	Schünemann U, Engler H, Zielonkowski M, Weidemüller M, and Grimm R 1998 Opt. Commun. 158 263
[45]
[46]	Mewes M, Ferrari G, Schreck F, Sinatra A, and Salomon C 1999 Phys. Rev. A 61 011403
[47]	Grier A T, Ferrier-Barbut I, Rem B S, Delehaye M, Khaykovich L, Chevy F, Salomon C 2013 Phys. Rev. A 87 063411
[48]
[49]	Hamilton P, Kim G, Joshi T, Mukherjee B, Tiarks D, Müller H 2014 Phys. Rev. A 89 023409
[50]
[51]
[52]	Zhang Y Y, Fang Z J, Zhang Z G 2010 Acta Opt. Sin. 30 935 (in Chinese) [张远洋, 方占军, 张志刚 2010 光学学报 30 935]
[53]	Wang X L, Ma Z, Wang J B, Tian X, Gao F, Zhang S G, Chang H 2011 Acta Sin. Quan. Opt. 17 124 (in Chinese) [王心亮, 马喆, 王靖斌, 田晓, 高峰, 张首刚, 常宏 2011 量子光学学报 17 124]
[54]
[55]
[56]	Savard T A 1998 Ph. D. Dissertation (Durhan: Duke University)
[57]	Xiong Z X, Long Y, Xiao H X, Zhang X, He L X, Lü B L 2011 Chin. Opt. Lett. 9 010201
[58]
[59]	Wang Y Q 2007 Laser cooling and trapping of atoms (Beijing: Peking University Press) p122 (in Chinese) [王义遒2007原子的激光冷却与陷俘(北京: 北京大学出版社)第122页]
[60]
[61]
[62]	Jiang K J, Li K, Wang J, Zhan M S 2006 Acta Phys. Sin. 55 125 (in Chinese) [江开军, 李可, 王谨, 詹明生 2006 物理学报 55 125]
[63]	Wang Y H, Yang H J, Zhang T C, Wang J M 2006 Acta Phys. Sin. 55 3403 (in Chinese) [王彦华, 杨海菁, 张天才, 王军民 2006 物理学报 55 3403]
[64]
[65]	Geng T, Yan S B, Wang Y H, Yang H J, Zhang T C, Wang J M 2005 Acta Phys. Sin. 54 5104 (in Chinese) [耿涛, 闫树斌, 王彦华, 杨海菁, 张天才, 王军民 2005 物理学报 54 5104]
[66]

施引文献

[1]
[2]	Navon N, Piatecki S, Günter K, Rem B, Nguyen T C, Chevy F, Krauth W, Salomon C 2011 Phys. Rev. Lett. 107 135301
[3]	Nascimbène S, Navon N, Jiang K J, Chevy F, Salomon C 2010 Nature 463 1057
[4]
[5]	Bradley C C, Sackett C A, Hulet R G 1997 Phys. Rev. Lett. 78 985
[6]
[7]	Cetina M, Grier A T, and Vuleti V 2012 Phys. Rev. Lett. 109 253201
[8]
[9]
[10]	Lepoutre S, Gauguet A, Trénec G, Büchner M, Vigué J 2012 Phys. Rev. Lett. 109 120404
[11]
[12]	Cronin A D, Schmiedmayer J, Pritchard D E 2009 Rev. Mod. Phys. 81 1051
[13]	Delhuille R, Champenois C, Büchner M, Jozefowski L, Rizzo C, Trénec G, Vigué J 2002 Appl. Phys. B 74 489
[14]
[15]
[16]	Miffre A, Jacquey M, Büchner M, Trénec G, Vigué J 2006 Phys. Rev. A 73 011603
[17]
[18]	Jacquey M, Büchner M, Trénec G, Vigué J 2007 Phys. Rev. Lett. 98 240405
[19]	Hohensee M A, Müller H 2011 J. Mod. Opt. 58 2021
[20]
[21]
[22]	Hamilton P, Kim G, Ossiander M, Mukharjee B, Tiarks D, Müller H 2012 The 23rd International Conference on Atomic Physics Palaiseau, France, July 23-27, 2012 p283
[23]	Zhou L, Xiong Z Y, Yang W, Tang B, Peng W C, Hao K, Li R B, Liu M, Wang J, Zhan M S 2011 Gen. Relativ. Gravit. 43 1931
[24]
[25]	Phillips W D, Metcalf H 1982 Phys. Rev. Lett. 48 596
[26]
[27]
[28]	Bradley C C, Story J G, Tollett J J, Chen J, Ritchie N W M, Hulet R G 1992 Opt. Lett. 17 349
[29]	Tiecke T G, Gensemer S D, Ludewig A, Walraven J T M 2009 Phys. Rev. A 80 013409
[30]
[31]	Lin Z, Shimizu K, Zhan M S, Shimizu F, Takuma H 1991 Jap. J. App. Phys. 30 L1324
[32]
[33]
[34]	Okano M, Hara H, Muramatsu M, Doi K, Uetake S, Takasu Y, Takahashi Y 2010 Appl Phys B 98 691
[35]	Zhao P Y, Xiong Z X, Long Y, He L X, Lü B L 2009 Chin. Phys. Lett 26 083702
[36]
[37]	Wang S K, Wang Q, Lin Y G, Wang M M, Lin B K, Zang E J, Li T C, Fang Z J 2009 Chin. Phys. Lett 26 93202
[38]
[39]	Wang Q, Lin B K, Zhao Y, Li Y, Wang S K, Wang M M, Zang E J, Li T C, Fang Z J 2011 Chin. Phys. Lett. 28 03321
[40]
[41]
[42]	Tian X, Chang H, Wang X L, Zhang S G 2010 Acta Opt. Sin. 30 898 (in Chinese) [田晓, 常宏, 王心亮, 张首刚 2010 光学学报 30 898]
[43]
[44]	Schünemann U, Engler H, Zielonkowski M, Weidemüller M, and Grimm R 1998 Opt. Commun. 158 263
[45]
[46]	Mewes M, Ferrari G, Schreck F, Sinatra A, and Salomon C 1999 Phys. Rev. A 61 011403
[47]	Grier A T, Ferrier-Barbut I, Rem B S, Delehaye M, Khaykovich L, Chevy F, Salomon C 2013 Phys. Rev. A 87 063411
[48]
[49]	Hamilton P, Kim G, Joshi T, Mukherjee B, Tiarks D, Müller H 2014 Phys. Rev. A 89 023409
[50]
[51]
[52]	Zhang Y Y, Fang Z J, Zhang Z G 2010 Acta Opt. Sin. 30 935 (in Chinese) [张远洋, 方占军, 张志刚 2010 光学学报 30 935]
[53]	Wang X L, Ma Z, Wang J B, Tian X, Gao F, Zhang S G, Chang H 2011 Acta Sin. Quan. Opt. 17 124 (in Chinese) [王心亮, 马喆, 王靖斌, 田晓, 高峰, 张首刚, 常宏 2011 量子光学学报 17 124]
[54]
[55]
[56]	Savard T A 1998 Ph. D. Dissertation (Durhan: Duke University)
[57]	Xiong Z X, Long Y, Xiao H X, Zhang X, He L X, Lü B L 2011 Chin. Opt. Lett. 9 010201
[58]
[59]	Wang Y Q 2007 Laser cooling and trapping of atoms (Beijing: Peking University Press) p122 (in Chinese) [王义遒2007原子的激光冷却与陷俘(北京: 北京大学出版社)第122页]
[60]
[61]
[62]	Jiang K J, Li K, Wang J, Zhan M S 2006 Acta Phys. Sin. 55 125 (in Chinese) [江开军, 李可, 王谨, 詹明生 2006 物理学报 55 125]
[63]	Wang Y H, Yang H J, Zhang T C, Wang J M 2006 Acta Phys. Sin. 55 3403 (in Chinese) [王彦华, 杨海菁, 张天才, 王军民 2006 物理学报 55 3403]
[64]
[65]	Geng T, Yan S B, Wang Y H, Yang H J, Zhang T C, Wang J M 2005 Acta Phys. Sin. 54 5104 (in Chinese) [耿涛, 闫树斌, 王彦华, 杨海菁, 张天才, 王军民 2005 物理学报 54 5104]
[66]

[1]	成永军, 董猛, 孙雯君, 吴翔民, 张亚飞, 贾文杰, 冯村, 张瑞芳. 基于⁷Li冷原子操控的超高真空测量. 物理学报, 2024, 73(22): 220601. doi: 10.7498/aps.73.20241215
[2]	朱栋, 徐晗, 周寅, 吴彬, 程冰, 王凯楠, 陈佩军, 高世腾, 翁堪兴, 王河林, 彭树萍, 乔中坤, 王肖隆, 林强. 基于扩展卡尔曼滤波算法的船载绝对重力测量数据处理. 物理学报, 2022, 71(13): 133702. doi: 10.7498/aps.71.20220071
[3]	王凯楠, 程冰, 周寅, 陈佩军, 朱栋, 翁堪兴, 王河林, 彭树萍, 王肖隆, 吴彬, 林强. 基于1560 nm外腔式激光器的拉曼光锁相技术. 物理学报, 2021, 70(17): 170303. doi: 10.7498/aps.70.20210432
[4]	王谨, 詹明生. 基于原子干涉仪的微观粒子弱等效原理检验. 物理学报, 2018, 67(16): 160402. doi: 10.7498/aps.67.20180621
[5]	徐润东, 刘文良, 武寄洲, 马杰, 肖连团, 贾锁堂. 磁光阱中超冷钠-铯原子碰撞的实验研究. 物理学报, 2016, 65(9): 093201. doi: 10.7498/aps.65.093201
[6]	苟维, 刘亢亢, 付小虎, 赵儒臣, 孙剑芳, 徐震. 中性汞原子磁光阱装载率的优化. 物理学报, 2016, 65(13): 130201. doi: 10.7498/aps.65.130201
[7]	袁园, 芦小刚, 白金海, 李建军, 吴令安, 傅盘铭, 王如泉, 左战春. 多模1064nm光纤激光器实现一维远失谐光晶格. 物理学报, 2016, 65(4): 043701. doi: 10.7498/aps.65.043701
[8]	文瑞娟, 杜金锦, 李文芳, 李刚, 张天才. 内腔多原子直接俘获的强耦合腔量子力学系统的构建. 物理学报, 2014, 63(24): 244203. doi: 10.7498/aps.63.244203
[9]	王杰英, 刘贝, 刁文婷, 靳刚, 何军, 王军民. 磁光阱中单原子荧光信号的优化及单原子的高效装载. 物理学报, 2014, 63(5): 053202. doi: 10.7498/aps.63.053202
[10]	元晋鹏, 姬中华, 杨艳, 张洪山, 赵延霆, 马杰, 汪丽蓉, 肖连团, 贾锁堂. 飞行时间质谱探测磁光阱中超冷分子离子的实验研究. 物理学报, 2012, 61(18): 183301. doi: 10.7498/aps.61.183301
[11]	王心亮, 陈洁, 王叶兵, 高峰, 张首刚, 刘海峰, 常宏. 利用塞曼扫频法实现对减速锶原子束速度分布的直接测量. 物理学报, 2011, 60(10): 103201. doi: 10.7498/aps.60.103201
[12]	张鹏飞, 李刚, 张玉驰, 杨榕灿, 郭龑强, 王军民, 张天才. 光致原子解吸附对冷原子磁光阱装载的动力学研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6423-6429. doi: 10.7498/aps.59.6423
[13]	朱常兴, 冯焱颖, 叶雄英, 周兆英, 周永佳, 薛洪波. 利用原子干涉仪的相位调制进行绝对转动测量. 物理学报, 2008, 57(2): 808-815. doi: 10.7498/aps.57.808
[14]	邱英, 何军, 王彦华, 王婧, 张天才, 王军民. 三维光学晶格中铯原子的装载与冷却. 物理学报, 2008, 57(10): 6227-6232. doi: 10.7498/aps.57.6227
[15]	汪丽蓉, 马杰, 张临杰, 肖连团, 贾锁堂. 基于振幅调制的超冷铯原子高分辨光缔合光谱的实验研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6373-6377. doi: 10.7498/aps.56.6373
[16]	张鹏飞, 许忻平, 张海潮, 周善钰, 王育竹. 紫外光诱导原子脱附技术在单腔磁阱装载中的应用. 物理学报, 2007, 56(6): 3205-3211. doi: 10.7498/aps.56.3205
[17]	王彦华, 杨海菁, 张天才, 王军民. 用吸收法对铯原子磁光阱中冷原子数目的测量. 物理学报, 2006, 55(7): 3403-3407. doi: 10.7498/aps.55.3403
[18]	徐震, 周蜀渝, 屈求智, 刘华, 周善钰, 王育竹. QUIC阱中紧束缚状态下87Rb原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚体相变的直接观测. 物理学报, 2006, 55(11): 5643-5647. doi: 10.7498/aps.55.5643
[19]	江开军, 李可, 王谨, 詹明生. Rb原子磁光阱中囚禁原子数目与实验参数的依赖关系. 物理学报, 2006, 55(1): 125-129. doi: 10.7498/aps.55.125
[20]	耿涛, 闫树斌, 王彦华, 杨海菁, 张天才, 王军民. 用短程飞行时间吸收谱对铯磁光阱中冷原子温度的测量. 物理学报, 2005, 54(11): 5104-5108. doi: 10.7498/aps.54.5104

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