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用于~(87)Sr冷原子光晶格钟原子冷却装置的塞曼减速器研究

王心亮  
【摘要】: ~(87)Sr冷原子光晶格原子钟是基于激光冷却原子技术和光频梳技术的新型原子钟。锶冷原子光晶格钟的参考原子是囚禁在光晶格中的冷原子,与速度有关的各种谱线加宽(多普勒加宽、碰撞加宽、渡越加宽等)都被极大的削弱;利用光频梳技术可以准确测量光学频率,同时给出相关的射频信号输出。由于其潜在的性能优势~(87)Sr冷原子光晶格钟有望成为未来的时间频率基准,其准确度有望达到原子钟的极限水平10~(-18)量级。冷原子实验装置是锶冷原子光晶格钟的重要物理部分,本论文的主要工作集中在搭建冷原子实验装置,完成塞曼减速器的设计与实现,所完成的工作可概括为以下几个方面: (1)利用多普勒冷却的理论,设计出了适用于~(87)Sr原子的塞曼减速器磁场。运用Matlab模拟出产生磁场的线圈的层数、圈数、电流等参量;利用模拟的参量制成了塔状线圈;实验测出了塔状线圈的磁场,通过对比测量曲线和理论曲线来优化线圈磁场,使最终测出的塔状线圈的磁场符合设计的要求。塞曼减速器的有效长度为27cm,可将速度在400 m/s的~(87)Sr原子降到50m/s,减速器的捕获速度为530 m/s。 (2)根据实验需要设计了用于锶原子的磁光阱梯度磁场,梯度磁场在阱的中心附近线形变化,可以方便的通过调整电流大小来改变磁场的梯度,以满足原子陷俘的要求。 (3)利用多级真空泵系统实现了冷原子装置腔体的超高真空,目前已经实现的真空度为:激光稳频真空管10~(-8)Pa,磁光阱10~(-8)Pa,锶炉附近10~(-9)Pa,可以满足激光稳频、塞曼减速和磁光阱冷却陷俘原子以及在此基础上的更高一级的冷却对系统真空度的要求。


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