一、铯原子D_2线调制转移光谱及其在激光器锁频中的应用（论文文献综述）
王泽荣[1]（2021）在《铯原子7D5/2激发态超精细分裂测量及超精细作用常数确定》文中研究表明碱金属原子的超精细结构的测量是人们关注的重要问题。对于碱金属原子S态和P态的超精细结构,实验结果与理论预测一致。然而,由于强关联效应和屏蔽效应,碱金属原子D态的超精细结构测量一直以来是一个巨大的挑战。由于碱金属原子从S态激发到D态不能通过基态的单光子跃迁来实现,而可以通过双光子跃迁来实现。为了减小多普勒展宽效应,采用无多普勒双光子光谱进行较为精确的测量。该技术结合选定的激光频率,可以确定室温下碱金属原子的激发态能量和超精细分裂。本文基于铯原子6S1/2→6P3/2→7D5/2阶梯型三能级系统（852 nm+698 nm）,在室温铯原子气室中测量7D5/2态超精细分裂间隔,并进一步确定超精细作用常数,结果为7D5/2态的磁偶极超精细作用常数（A=-1.70（0.03）MHz和电四极超精细作用常数（B=-0.77（0.58）MHz））。通过扫描698 nm耦合光激光频率,得到了无多普勒高分辨率的电磁感应透明（Electromagnetically Induced Transparency,EIT）协助的光学双共振光抽运光谱（Double-Resonance Optical Pumping,DROP）,并引入光纤波导型电光相位调制器的边带作为频率标记来测量Cs 7D5/2态（F"=6）,（F"=5）及（F"=4）相邻超精细能级分裂间隔以此提高频率测量的精确度。EIT成分使得DROP光谱的线宽变窄,有助于提高光谱分辨率。实验结果与文献中报道的测量结果一致。考虑到实验的误差,主要由得到的光谱谱线线宽和驱动电光位相调制器的函数信号发生器的不确定度和不稳定度所造成光谱分辨率受限制导致。852 nm探测光的锁频精度需要进一步提高;698 nm耦合光的非线性频率扫描也对实验结果有影响,频率扫描范围越大导致越明显的非线性效应;光谱信号的不对称也影响了拟合确定的中心频率,也影响测量结果的起伏;由于原子气室温度起伏导致的原子数密度波动,和光束的不重叠也影响超精细分裂测量的精度,需要进一步提高。虽然采用了高磁导率坡莫合金金属磁屏蔽装置来减小杂散磁场,但塞曼频移也影响了实验结果;由于梯度光场与原子感生电偶极矩之间的相互作用,交流-斯塔克频移会产生与光强有关的测量误差。这些不确定性都导致了所得到的超精细光谱的误差。超精细作用常数对精密测量和提高基本物理常数的精度有重要的参考价值。本文主要利用EIT辅助的DROP谱测量了铯原子7D5/2态（F"=6）,（F"=5）及（F"=4）超精细能级分裂及超精细相互作用常数等相关研究,主要内容简要概括如下:（一）介绍了光谱及光谱的发展研究现状,简单介绍了几种常见的光谱类型,阐明了研究的动机及意义;（二）基于光场与二能级原子相互作用的基本理论研究了阶梯型三能级系统EIT模型,计算并分析了其吸收和色散特性;介绍了超精细分裂和超精细作用常数之间的关系;（三）基于铯原子7D5/2态分裂间隔窄,通过光谱方案的选择及实验参数的优化,进一步提高光谱分辨率和信噪比。实验搭建了级联三能级EIT系统,得到了铯原子7D5/2激发态EIT辅助的DROP光谱;（四）研究了超精细分裂和超精细作用常数的关系,在698 nm耦合光上加位相调制并根据所获得的无多普勒的EIT辅助DROP光谱,标定相应态的频率间隔,并通过计算确定了铯原子7D5/2态的磁偶极超精细作用常数A=-1.70（0.03）MHz和电四极超精细作用常数B=-0.77（0.58）MHz,并分析了实验误差的来源。本文有特色的部分:1)使用无多普勒的EIT辅助DROP光谱测量了铯原子7D5/2态（F"=6）,（F"=5）及（F"=4）的超精细分裂间隔,并引入光纤波导型电光相位调制器校正了频率间隔;2)基于双光子无多普勒方案,通过扫描698 nm激光频率且在698 nm上施加射频位相调制,测量了铯原子7D5/2态磁偶极超精细作用常数和电四极超精细作用常数。
王鑫[2]（2021）在《基于纳米光纤与冷原子光接口的实验研究》文中进行了进一步梳理在量子层面控制光与物质的相互作用并实现该过程的精密测量是量子光学实验研究及其相关应用的核心目标之一。中性原子作为一个基本量子单元,为光与物质相互作用的研究提供了很好的平台。在自由空间中对中性原子的冷却与俘获及对单个原子,直至原子阵列的精确操控,为演示一些基本的量子操控和量子信息处理过程提供了较为理想的舞台,从而使基于中性原子体系的光与物质接口,作为链接光子与原子之间量子信息存储和交换的节点,成为一个重要的环节,并在实验上取得了长足的进展。这也使得光与中性原子相互作用系统在量子信息处理,非线性光学及量子计量等研究领域展现出广阔的应用前景。在把光子与原子相互作用系统应用到实际过程中,通过各种途径提高它们之间的相互作用强度至关重要。自由空间中单个原子的共振散射截面通常在波长平方量级,要实现光子与原子的高效耦合,需要对光子的空间局域限制到接近甚至突破衍射极限。传统实验方案往往需要构建复杂庞大的实验系统,在自由空间中对原子进行俘获及操控,相应地发展起来强聚焦光束探测,腔量子电动力学,冷原子系综及里德堡原子等多种实验方案。目前基于不同相互作用体系的实验研究均取得了显着进展。然而在上述方案中,并未真正解决光场模式体积的强局域化,不同耦合系统中均存在很难消除的光子损耗通道。得益于微纳加工技术的日趋成熟,利用微纳光子学器件束缚光子的实验研究在过去十几年时间里取得了长足进步。微纳光子学器件具备极佳的鲁棒性及可拓展性,其作为理想的光子操控器件,可以将光子局域在亚波长尺度范围内,大幅度减小了光场的模式体积。该系统与集成光量子器件和量子信息处理系统的对接相较传统系统具有很大的优势,从而使基于微纳光子器件与中性原子的混合系统最近几年得到了人们的广泛关注。同时由于微纳光子学器件的特殊结构及其模式电场分布与自由空间光场完全不同,这也带来了若干新奇的物理现象。纳米光纤波导是结构最简单的微纳光子结构之一,其直径通常为亚波长量级,可以在光纤横向对光场提供极强的束缚。此时分布在纳米光纤外表面的光场,即倏逝场,会得到显着增强。倏逝场分布在纳米光纤表面附近约半波长范围内,可以与原子实现较强的相互作用并实现高效耦合输出。目前实验上已经实现了基于倏逝场的单原子阵列俘获,这也使纳米光纤成为实现中性原子光接口的重要手段。作者所在实验室从最近几年开始进行基于纳米光纤与冷原子波导量子电动力学实验和理论研究。本文将会详细介绍实验室取得的工作进展。本论文的主要内容包括:1)理论上提出了一种结构简单的打孔纳米光纤,可以实现与单个偶极子的高效耦合。研究标明,打孔纳米光纤对单个在特定偏振下偶极子所发出荧光的耦合效率可以高达62.8%,对于三个偏振的平均耦合效率约为40%。相比于传统纳米光纤,耦合效率提高了将近一倍。此外我们还详细研究了此打孔结构的纳米光纤与原子的耦合特性,包括纳米光纤直径和孔直径的选取与偶极子位置及波长的关系,为更加复杂的周期性光子晶体结构的引入提供了重要参考。我们还讨论了该系统的实验可行性。2)实验上搭建了基于纳米光纤-冷原子耦合系统的相对完整的实验平台,包括纳米光纤拉制系统,超高真空系统,磁光阱系统及时序控制系统等。实现了铯原子的冷原子磁光阱,纳米光纤与冷原子团的高效耦合,利用纳米光纤收集到超过5×105 counts/s的冷原子荧光,并观察到磁光阱中冷原子团对纳米光纤传输模式光场的吸收与散射,吸收效率达到7%。3)搭建了双色偶极阱实验系统,并完成了纳米光纤表面附近单原子阵列的装载。实验中得到的单原子阵列可以实现对纳米光纤传输光场92%的吸收。我们还研究了单原子阵列的基本性质,包括阱中原子寿命以及其本征振动频率等。4)在现有实验系统的基础上,利用光外差探测系统测量了纳米光纤的机械振动模式,并利用外部调制实现了对纳米光纤机械振动的激发。我们将详细介绍光外差探测系统的工作原理以及实验中用到的不同光外差探测实验方案。在无外界激励的情况下,我们同时测量到了纳米光纤的弯曲模式,轴向模式及扭转模式。我们引入了机械激励及光激励两种方式来增强纳米光纤的机械振动,利用光力耦合过程实现了对纳米光纤特定频率弯曲模式的确定性激发。我们还讨论了两种激励方式的调制频率及激励方向对机械模式激发的影响。在理论上我们分别利用数值计算及解析计算方法,研究了纳米光纤的四种机械模式,得到了四种机械模式的本征频率并分析了不同机械模式的局域特性。
王汉睦[3]（2020）在《铷原子的电磁诱导透明精密光谱及其激光稳频应用》文中研究表明光与物质相互作用的研究是原子分子物理领域的一个重要研究内容,其中一个突出的例子就是电磁诱导透明（Electromagnetically induced transparency,EIT）。在 EIT 中,弱的探测光在介质中传播的光学特性会受到强的耦合光的控制。EIT是光与物质相互作用表现出来的一种非线性效应,如介质的透射性提高、色散性增强等,在慢光、激光稳频、无反转激光、原子磁力计和精密测量等众多领域中应用广泛并受到大量的关注。在外磁场中,原子能级会发生复杂的塞曼分裂,EIT技术为研究原子的塞曼效应提供了一种精密的光谱学探测手段。此外,里德堡原子拥有大的跃迁电偶极矩而在电场测量中具有特殊的应用价值,Rydberg-EIT已经发展成为一种可行的高精度的弱射频电场测量技术。本论文采用双光子共振技术,研究了铷原子在外磁场和微波电场两种不同情况下的非线性光学特性以及高分辨率光谱。论文的主要研究内容如下:（1）研究了零磁场下铷原子D2线中的Λ型EIT光谱以及磁场下相应的EIT塞曼分裂光谱,并基于铷原子D2线中的Λ型EIT共振光谱实现了激光器的频率锁定。首先,在实验上获得了零场下的铷原子D2线的基态（5S1/2）与低激发态（5P3/2）的超精细结构能级构成的多能级体系的Λ型EIT高分辨率光谱。在此基础上,测量了铷原子在外部施加磁场方向与光传播方向平行、正交两种情况下的EIT磁场分裂谱。基于EIT色散理论和塞曼磁场相互作用哈密顿量,构建了谱线模拟模型并很好地解释了实验观测结果。最后,利用铷原子在外磁场下的高分辨率的EIT塞曼分裂谱实现了激光器的频率可调谐偏移锁定,激光器锁定之后频率具有高稳定性,并可通过调节外部施加磁场的大小改变EIT共振光谱的频率位置从而改变激光频率的锁定位置。（2）研究了零磁场下铷原子在基态5S1/2态-第一激发态5P3/2态-高里德堡态nD态梯型构型中的EIT光谱以及磁场下相应的EIT偏振光谱,并基于零场和磁场下的EIT偏振光谱的线性组合实现了一种无调制的人工PDH激光稳频技术。采用780 nm激光和480 nm激光的光学双共振泵浦效应,将铷原子从基态激发到里高德堡态,即5S1/2→5P3/2→48D5/2,获得MHz量级分辨率的里德堡EIT光谱,研究了 85Rb原子48D5/2态的梯型EIT共振光谱随探测光光强以及铷气室温度的变化。随后我们在实验上测量了不同温度和不同磁场下的85Rb原子48D5/2态的EIT的偏振光谱。最后,基于零场和磁场下的EIT偏振光谱的线性组合构造出一个人工的无调制的PDH误差锁定信号,实现了激光器的人工PDH频率锁定。相应的人工PDH激光稳频系统具有良好的频率稳定性和抗环境干扰能力,使激光频率在由于外界干扰远离中心锁定频率时依旧能够重新回到中心锁定频率位置。（3）研究了零场下铷原子在基态5S1/2态-第一激发态5P3/2态-高里德堡态nS态的梯型构型中的EIT光谱以及在微波电场下的EIT-AT光谱。首先不施加微波电场,测量零场下85Rb原子50S1/2态的梯型EIT光谱,然后研究了在不同强度的微波电场下的EIT-AT光谱。EIT-AT光谱的劈裂是由于里德堡态与微波电场之间相互作用而导致的AT效应（Aulter-Towns effect）。相应的EIT-AT光谱的两个峰的劈裂间隔与施加的电场强度成正比。最后利用85Rb原子里德堡态EIT系统作为原子天线实现对空间中的射频电信号的探测以及信号的传输。
张开放[4]（2020）在《面向原子光学器件的VCSEL激光器驱动电路设计及激光稳频》文中提出垂直腔面发射激光器（VCSEL）因其低功耗、小体积、可调谐等优点,被广泛用作原子钟、原子磁强计、原子陀螺仪等精密光学仪器的光源。随着VCSEL技术的发展,其应用领域也发生了扩展。低功耗VCSEL在5G通信、陀螺仪等精密仪器扮演着重要角色。近几年,VCSEL在向着大功率、小体积的方向发展,这种VCSEL将被应用在激光雷达和无人驾驶汽车上。为了驱动激光器工作,根据VCSEL工作要求,设计了一种输出范围在02 mA,用于驱动VCSEL的恒流源电路。电路设计采用负反馈原理,可输出一个稳定的电压,经过电压电流转化为恒定电流输出。为使输出电流更加稳定,在电路中加入现场可编程门阵列（FPGA）芯片EP4CE10F17C8组成控制电路。最后对电路输出性能进行测试,测试结果表明电流的纹波系数为0.01,电流稳定度为±0.02 mA。由于激光器易受环境影响使其输出频率偏移,所以对激光器进行锁频研究非常重要。文中以原子的吸收谱线做为参考信号,结合FPGA芯片和外围电路组成伺服控制系统,实现激光器锁频。实验中,欲将激光器频率锁定在吸收谱线最低点,先对激光进行调制解调得到误差信号,FPGA内部采用增量式PI控制算法,采集误差信号处理后得到反馈量反馈至激光器实现闭环。实现锁频后,让激光器自由运转,以此时误差信号为参考,使用Allan方差计算锁频稳定度,计算得锁频稳定度为1.208×10-10。
周超[5]（2020）在《用于等效原理检验的原子干涉仪激光系统研究》文中研究指明等效原理是广义相对论的基本假设之一,而弱等效原理则是等效原理的重要组成部分。对弱等效原理的高精度检验是探索新的物理理论和探寻新相互作用力的重要途径。作为一个快速发展的高精度测量工具,原子干涉仪在惯性物理量测量、基本物理常数测量以及基本物理原理检验等方面有着重要的应用。原子干涉仪是通过激光来实现对原子的精密操控的,激光系统在原子干涉仪中有举足轻重的地位。围绕弱等效原理检验η～10-10这一精度目标,针对实验系统中激光相干性、利用效率、工作长期稳定性等问题,本文对原子干涉仪的激光系统进行了一系列的改进工作,所取得的创新性研究成果如下:1、提出了一种用于频谱检测的铷原子蒸气吸收池系统,该系统可以检测常规检测技术如激光拍频法、法布里-珀罗（F-P）腔系统和光谱仪等无法定量测量的激光自发辐射成分。利用该吸收池系统对实验室所用的不同激光光源进行了检测,并优化了它们的工作条件,从而提高了激光系统输出激光的光学质量,提升了原子的相干性。2、提出了一种单程双程锥形激光放大器时分复用技术,使激光在双程工作模式下的功率放大倍数提升了 50倍以上。该技术有效提高了弱等效原理检验实验中激光的利用效率。3、提出了一种高效的多程声光移频技术,首次在国际上实现了移频范围达到5GHz的声光移频技术,该技术移频范围覆盖了双组分原子干涉仪所需的所有激光频率,并实现了 800MHz以上的大范围、窄线宽激光频率扫描。利用调制转移谱、多程声光移频技术以及拍频锁相技术,保证了激光系统的频率长期稳定性。上述的激光技术对提高85Rb-87Rb双组分原子干涉仪弱等效原理检验精度起到了重要的作用,结合系统的其他方面改进,等效原理检验实验的测量分辨率由2015年的8×10-9提高到～1×10-10,进行系统误差评定后,等效原理检验给出的Eotvos参数的值为η=（-4.4±6.7）×10-1,这一结果目前处于国际上同类实验研究的领先水平。
郝安庆[6]（2020）在《原子干涉重力仪光学系统关键技术的研究》文中研究表明高精度的重力测量在基础物理常数的测定、惯性导航、资源勘探和大地测量等方面都具有重要的科学意义和应用价值。随着激光冷却与操控原子技术的发展与成熟,诞生了一种新的重力测量仪器——原子干涉重力仪。原子干涉重力仪因其在重力测量中潜在的高精度、高灵敏度特性,得到了国内外广泛的关注与研究。原子干涉仪的实现包括原子的冷却与囚禁,初态制备,原子干涉等阶段,每一阶段都需要激光的参与,因此,激光光学系统是原子干涉仪中关键的子系统。原子的干涉需要一对有固定频差、相位恒定的拉曼光操控完成,拉曼光的质量将直接影响测量的精度。根据课题组目前的研究进展,本论文对原子干涉重力仪的光学系统的关键技术进行了研究。原子干涉重力仪的首要前提便是制备大通量的低温冷原子源。原子冷却需要多束频率稳定的冷却光（二维磁光阱中四束,三维磁光阱中六束）和回泵光,同时需要控制冷却光的失谐量（实验用声光调制器移频）。设计研制了一种用于磁光阱的扩束准直器,实现了对保偏光纤的冷却光扩束准直和精确调节保持其偏振态。应用于磁光阱的冷原子实验得到了良好的冷原子团。拉曼光系统是实现冷原子干涉的关键光学系统,冷原子干涉需要一对有固定频率差和相位相干的拉曼光。在分析各种拉曼光制备方案的基础上,决定采用光学锁相环的方法。分析了我们实验中的外腔半导体激光器进行调频和锁相的可行性。研究了实验用到的饱和吸收谱稳频、调制转移谱稳频和频率调制谱稳频技术,分析比较后采用调制转移稳频实现拉曼参考光频率锁定在实验用87Rb原子D2线超精细能级上。在稳频的前提下,实验通过光学锁相环技术,利用两台主从激光器和一台锥形激光放大器完成了拉曼光学系统的实验搭建工作,制备出了实验所需的频差为6.8GHz的一对拉曼光,并通过锥形放大器将两束耦合在一起的拉曼光功率放大到200m W。由实时频谱分析仪测得的锁相后的拉曼光在-3d B带宽为27.5k Hz左右,满足原子干涉的实验要求。
苏殿强[7]（2020）在《基于纳米光纤的冷原子相干与热噪声冷却研究》文中认为光与原子相互作用是量子光学和原子物理学领域的主要研究内容。通过电磁场实现的原子间相互作用可被广泛用于基础科研和实际应用等各个领域中。这些应用的实现得益于实验系统所具备的几大特性,主要包括光与原子的大耦合效率、原子系综的俘获与操控和电磁场的本征化与操控三方面。光波导为实现这些系统特性提供了一个合适的平台,而光学纳米光纤则是光波导方案中一个极佳的选择。纳米光纤是指由标准单模光纤拉锥到具有厘米级长度,亚微米级直径的锥形光纤。通过纳米光纤,电磁场被强束缚到光纤表面附近形成衰逝场,提高了光与原子耦合率,原子间的相互作用通过波导光得以实现,同时原子也能通过衰逝场被俘获到纳米光纤表面附近。光与原子相互作用过程中,纳米光纤波导光的相位和偏振稳定性对最终测量具有重要影响,因此对纳米光纤热噪声特性的研究尤为重要,光纤表面强束缚的衰逝场则为光机械耦合效应的研究提供了一个理想平台。我们知道线偏振光穿过双折射物体时能够对其产生扭转力,其原理蕴藏在麦克斯韦方程中,被Poynting揭示并随后在实验上被Beth和Holbourn证明,此效应在当代光机械耦合的应用中处于核心地位。一个里程碑式的应用实例是利用光与物体间的动量转移减小了运动物体的机械抖动,也可以称为光机械冷却。本文研究主要集中在纳米光纤的冷原子俘获、相干及纳米光纤本身热噪声的冷却方面,主要研究内容如下:一、阐述了纳米光纤的拉制原理,在锥区绝热条件和波导模式的条件限制下,对纳米光纤结构进行了设计。利用搭建的光纤拉锥系统,通过火焰刷技术成功拉制出直径500nm、腰区长5mm的纳米光纤,99.5%的透过率使其在超高真空环境下能够承受高于30mW的光功率而不致损坏,为后续实验研究的开展提供了先决条件。二、利用纳米光纤表面紧束缚的衰逝场构建的晶格周期势,可将原子俘获到光晶格中形成一维原子链。本文理论上阐述了纳米光纤光晶格势的形成机制,对实验条件下的晶格俘获势的场分布进行计算,获得了光纤光晶格的势阱深度与位置距离等信息。三、利用水平和竖直方向放置的相机校准磁光阱俘获的铯原子团与纳米光纤的位置使之重合后,利用单光子探测器探测到了俘获原子团的共振吸收信号。在纳米光纤装载冷原子过程中,通过红失谐驻波（1064nm）和偏振相对垂直的蓝失谐行波（780nm）叠加纳米光纤表面van der Waals势后构建纳米光纤光晶格,理论上可装载原子2000个左右。利用Molasses技术进一步冷却原子团温度后关断磁光阱,原子被释放并装载到纳米光纤光晶格中,最终约580个原子被俘获到距光纤表面230nm远的光晶格中形成一维原子链,原子装载寿命达到110±20ms。基于此,我们实验上观测到了纳米光纤俘获原子系综的阶梯型电磁诱导透明现象,电磁诱导透明窗口最大透过率达到40%。此外,还观测到俘获势诱导的非均匀Zeeman展宽和晶格散射效应导致的透明窗口展宽现象,这些研究将有助于下一步纳米光纤俘获原子系综中利用四波混频技术产生偏振纠缠光子对和将来量子光学网络的实现。四、我们首次观测到了扭转光机械系统中的冷却现象,纳米光纤被线偏光驱动,一束弱探测光则用于探测纳米光纤热噪声引起的扭转模式振动,在共振频率接近200kHz,Q因子高于2×104的双折射纳米光纤中,扭转模热噪声被冷却。我们同时观测到了多阶扭转模减弱与增强现象,这取决于驱动光的偏振方向,热噪声最低被冷却到原来的二分之一。同时,驱动光的偏振也引起了一阶扭转模赫兹量级的频移。这些效应开启了光波导中对扭转模式振动操控的大门,并可被用于未来介观尺度精密测量系统中的量子特性研究中。五、在光机械系统中,我们还观测到了纳米光纤扭转模受激时频率响应的迟滞现象,即双共振频率响应,预示着更多包括双稳态在内的非线性动力学需要研究。本文中,我们利用描述非线性弹性振动系统的Duffing方程定性解释了纳米光纤扭转模频率响应中迟滞现象的形成。
郭瑞军[8]（2020）在《微型光阱阵列中异核原子量子比特相干性研究》文中进行了进一步梳理紧密排列的微型光学偶极阱阵列中的中性原子体现出了极好的扩展性,因此在量子模拟和量子计算中有广阔的应用前景。最近,研究者已经证实了无缺陷的原子阵列,可以确定地将50个量子比特存储在一维、两维空间,或者将更多的量子比特存储在相对紧凑的三维空间中。51个原子的量子模拟器也已经被演示。当中性原子量子比特的数量扩展以后,不完全隔离的逻辑操作和单个量子比特的初始化和状态读出,会导致串扰问题。将相同种类的量子比特扩展到混合种类的量子比特（一个用于数据量子比特,另一个用于辅助量子比特）是在初始化、逻辑和测量操作期间避免串扰问题的有效方法之一。然而,迄今为止混合种类量子比特叠加态的相干时间极不平衡,使得辅助量子比特叠加态的强退相干成为了混合量子比特逻辑门测量误差的主要来源。本学位论文构造了一个偏振协调的异核体系魔幻光强偶极阱阵列,有效地消除了光频移导致的异核原子量子比特叠加态的退相干,使阵列中异核原子量子比特叠加态的相干时间均提升到约1 s。论文取得的创新性研究工作包括以下三个方面:1.将铷-87原子量子比特在魔幻光强偶极阱中的相干时间提升到1 s。磁场噪声引入的均匀退相干因素限制了铷-87原子量子比特在魔幻光强偶极阱中的相干时间。我们采用主动反馈方法稳定磁场线圈电流和压制交流磁场噪声两项措施,大大提高了磁场的稳定性,压制了均匀退相干因素。最终,铷-87原子量子比特在魔幻光强偶极阱中的相干时间由225（21）ms提升到了 1150（24）ms。2.首次标定铷-85原子量子比特魔幻光强偶极阱的参数值。我们首次标定了在偶极光波长为830nm、偏振度A=0.998（2）条件下铷-85原子量子比特魔幻囚禁技术的参数值β1（超精细介导极化率系数）、β2（矢量光频移与磁场的耦合项系数）和β4（基态的超极化率项系数）。随后,通过调整偶极光的偏振度A,研究了铷-85原子量子比特的魔幻阱深UM对补偿磁场B依赖关系的可调谐性行为。此外,我们还研究并分析了偏振协调的魔幻光强偶极阱中铷-85原子量子比特叠加态的相干特性以及偏振度A的噪声引入的退相干因素,通过选择有源偏振器件的动态工作范围可以有效地抑制偏振度A的噪声引入的退相干。同时,由于基态超极化率的降低,椭圆偏振魔幻光强偶极阱中单原子量子比特感受到的的光频移可以得到更有效的补偿,使原子内态的相干时间对阱深变化的敏感度降低,可以在较宽的阱深（Ua/UM）范围内都保持着较长的相干时间。3.构造了异核体系交叉排列偏振协调的魔幻光强偶极阱阵列,实现了长相干时间的异核原子量子寄存器。异核原子魔幻光强囚禁技术依赖于三阶交叉项系数β2和基态超极化率β4的可调谐性,而基态超极化率β4本质上取决于偶极光的圆偏振度A。实验上,装载铷-85原子量子比特的偶极阱阵列的偏振度A被精确地调整到一个确定的值,使其魔幻光强囚禁技术所需的补偿磁场等于在另一个完全圆偏振的偶极阱阵列中魔幻光强囚禁铷-87原子量子比特所需的磁场。最终,在这种偏振协调的魔幻光强偶极阱阵列中,铷-87和铷-85原子量子比特叠加态的相干时间分别提高到891±47 ms和943±35 ms。这种新型的异核体系魔幻光强偶极阱阵列有望成为构建中性原子可扩展量子计算机的通用平台。
傅杨颖[9]（2020）在《铯原子射频磁力仪的初步实现与性能优化》文中研究说明高灵敏度微弱磁场测量技术在基础物理科学研究、太空探索、矿物勘探以及生物医学诊断等领域发挥着重要作用。碱金属原子磁力仪利用极化碱金属原子在外磁场作用下的拉莫尔进动实现磁场信号的测量,具有高灵敏度、高精度、低功耗等优势,是目前重点研究的微弱磁场测量技术。其中,射频原子磁力仪作为一种新型原子磁力仪可实现高频磁场信号的测量,弥补了典型的静态磁场测量原子磁力仪的不足。射频原子磁力仪在核磁共振信号检测、磁共振成像等领域具有广泛的应用前景。本文以铯原子射频磁力仪作为研究对象开展了系列研究,主要工作如下:1、射频原子磁力仪基本工作原理研究。阐述了铯原子基本物理特性、能级结构及其在外磁场作用下的拉莫尔进动,重点分析了光泵浦极化原子的基本原理,分析了气室内铯原子的自旋弛豫机制,得到铯原子射频磁力仪响应谱线,介绍了铯原子自旋的光学检测方法。2、铯原子气室性能表征及优化问题研究。阐述了铯原子气室的典型制作工艺,利用吸收法测量得到气室内铯原子数密度。比较了自由感应衰减法、比值法和线宽拟合法三种方法在测量铯原子横向弛豫时间上的差异。首次建立了铯原子的本征横向弛豫模型,实验测量得到不同温度下的铯原子本征横向弛豫率,重点关注了“蓄水池”效应和玻璃气室壁对铯原子吸收对本征横向弛豫的影响,为改进原子气室结构设计提供了参考依据。重点研究了缓冲气体和抗弛豫膜两种方案在抑制铯原子与玻璃气室壁之间碰撞产生自旋弛豫上的有效性,确定了气室内缓冲气体最优压强值,分析了气室表面形貌对抗弛豫性能的影响,有效延长了铯原子的横向弛豫时间,为铯原子射频磁力仪性能的优化奠定了基础。3、研究了铯原子射频磁力仪中的光致线宽压缩问题。通过求解刘维尔空间下的密度矩阵演化方程建立了铯原子射频磁力仪中的光致线宽压缩理论模型,实验测量得到铯原子气室温度为T=70℃、T=75℃、T=80℃和T=85℃时光致线宽压缩量分别为17.6%、27.7%、29.4%和35.4%,证实了高温条件下光致线宽压缩现象的存在,部分抑制了铯原子之间自旋交换碰撞产生的自旋弛豫,理论与实验间差异主要来源于玻璃气室壁对铯原子的吸收。4、对铯原子射频磁力仪中内部磁场进行了优化,重点突破了电加热片产生感应磁场、夹具中涡流效应产生次级衍生磁场、磁屏蔽筒内非均匀杂散磁场等关键问题。建立了铯原子射频磁力仪内部磁场的理论模型,利用ANSYS仿真得到加热产生感应磁场和涡流效应所致次级衍生磁场的空间分布和强度,分析了加热频率对叠加磁场强度和分布的影响;实验研究了铯原子射频磁力仪性能随加热频率变化规律,得到最优加热频率,有效抑制了叠加磁场引入的不利影响;利用梯度线圈对屏蔽筒内部非均匀杂散磁场进行了补偿,有效抑制了非均匀磁场产生的自旋弛豫,梯度补偿后,铯原子横向弛豫率由798.2s-1降至646.2s-1。5、铯原子射频磁力仪开环系统研究。设计了铯原子射频磁力仪系统,搭建完成了铯原子射频磁力仪开环实验系统,介绍了射频磁力仪灵敏度的标定方法,对系统泵浦光功率、泵浦光频率、探测光功率、探测光频率以及铯原子气室温度进行了优化。对于频率为55 k Hz的磁场信号,铯原子射频磁力仪系统灵敏度达到160 fT/1/2Hz。6、铯原子射频磁力仪闭环系统研究。在铯原子射频磁力仪开环系统的基础上,提出利用色散谱线零点锁频的方法实现待测磁场信号的主动跟踪测量,通过优化闭环控制参数,当待测磁场信号频率变化量为1k Hz时,闭环系统实现跟踪锁定仅需2.64s,系统抖动不超过23Hz。
白建东[10]（2020）在《采用319纳米紫外激光对铯原子系综的单光子跃迁里德堡激发研究》文中研究说明高激发态里德堡原子间较强的长程偶极-偶极相互作用导致的里德堡阻塞效应,使其成为多体物理、量子计算、量子信息、非线性光学和成像等领域的研究热点。此外,巨大的电极化率使其对外界电场非常敏感,且在静电场、微波电场传感中无需校准,里德堡原子在量子计量和精密测量领域具有重要的应用前景。由于基态到里德堡态单光子直接激发的概率较低且跃迁波长一般处于紫光或紫外光波段,实现起来并不容易,所以实验上通常采用级联双光子或三光子激发的方式制备高激发态里德堡原子。然而,单光子激发的方式可以避免多光子激发过程中原子在中间态的布居,以及由此导致的光子散射和AC-Stark频移带来的退相干等问题。因此,单光子激发的方案对于制备量子计算和量子信息的里德堡缀饰基态原子具有明显的优势。本文我们利用自主研制的高功率、窄线宽、连续可调谐的单频319 nm紫外激光系统开展了铯原子单光子跃迁里德堡激发的实验研究。在铯热原子气室和冷原子系综中,采用全光探测的方法观测到了单光子跃迁里德堡激发信号,并对涉及到里德堡原子的相关物理问题进行了深入研究。研究内容主要包括以下几个方面:（1）研究了高功率、窄线宽、连续可调谐319 nm紫外单频激光产生过程的关键问题。采用窄线宽1560.5 nm与1076.9 nm连续激光通过单次穿过和频与四镜8字环形腔谐振倍频过程获得了输出功率大于2 W的319 nm紫外激光。搭建了放置于超高真空环境中的控温高精细度超稳腔系统,并研究了采用电子学边带锁频方案实现319 nm单频紫外激光相对于该超稳腔系统保持锁定条件下较大范围连续调谐,其连续调谐范围大于4 GHz,频率稳定性小于20 kHz。（2）在铯热原子气室中采用自主研制的319 nm紫外激光系统结合全光学探测的方法实现了6S<sub>1/2（?）nP<sub>3/2（n=70-100）单光子跃迁里德堡激发。利用得到的速度选择光谱研究了强耦合场作用下的里德堡激发谱中的Autler-Townes分裂,以及磁场作用下的里德堡光谱对相关参数的依赖关系,并做了详细的理论分析。（3）搭建了铯冷原子磁光阱系统,并测量了冷原子样品的相关参数。采用俘获损耗光谱技术实现了铯冷原子系综中单光子跃迁里德堡激发信号的无损探测,观测到了冷原子系综中的Autler-Townes分裂光谱并作了详细分析。利用里德堡原子巨大的电极化率和电场诱导下的里德堡光谱的斯塔克分裂测量了背景电场的大小。（4）研究了俘获铯原子基态和里德堡态光阱的魔术条件。理论计算了铯原子6S<sub>1/2基态和nS<sub>1/2、nP<sub>3/2里德堡态的动态电极化率,找到了用于实验光学偶极阱的最佳魔术条件,并对影响光阱中里德堡原子寿命的耗散机制进行了详细分析。实验上构建了俘获铯原子6S<sub>1/2基态和84P<sub>3/2里德堡态的1879.43 nm魔术光学偶极阱,并有效抑制了1879.43 nm激光的偏振起伏和强度噪声。本文的创新之处:（1）通过全光学探测的方法在铯热原子和冷原子系综中均实现了单光子跃迁里德堡态激发信号的无损探测。与传统的场电离探测方法相比,原子在探测后仍可反复使用,在量子信息领域具有重要的应用前景。（2）采用单光子里德堡激发的方式研究了铯P态里德堡原子的相关物理特性,避免了多光子激发过程中原子中间态的布居导致的退相干等问题。与传统的低功率脉冲光进行单光子里德堡激发相比,我们自主研发的高功率窄线宽连续紫外激光可以实现里德堡原子量子态的相干操控。（3）理论计算并在实验中构建了铯原子里德堡态的魔术光阱,该光学偶极阱不仅可以同时俘获基态和里德堡态铯原子,而且对这两个态阱深相等。因此,该魔术光阱可以提高实验的重复率,保持基态和里德堡态的量子相干性,这对高保真度纠缠和量子逻辑门操作具有重要的意义。
二、铯原子D_2线调制转移光谱及其在激光器锁频中的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、铯原子D_2线调制转移光谱及其在激光器锁频中的应用（论文提纲范文）
（1）铯原子7D5/2激发态超精细分裂测量及超精细作用常数确定（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光谱及其分类 |
| 1.1.1 饱和吸收光谱(Saturated Absorption Spectroscopy) |
| 1.1.2 偏振光谱(Polarization Spectroscopy) |
| 1.1.3 调制转移光谱(Modulation Transfer Spectroscopy) |
| 1.1.4 双光子光谱(Two-Photon Spectroscopy) |
| 1.2 电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT) |
| 1.3 研究现状与选题背景 |
| 第二章 理论基础 |
| 2.1 光场与二能级原子的相互作用 |
| 2.1.1 光的吸收和色散特性 |
| 2.1.2 缀饰态理论 |
| 2.2 阶梯型三能级电磁感应透明理论模型 |
| 2.3 超精细分裂和超精细作用常数 |
| 第三章 电磁感应透明辅助的双共振光抽运光谱 |
| 3.1 实验装置 |
| 3.2 实验参数的优化及选择 |
| 3.2.1 光学双共振光谱(OODR)和双共振光抽运光谱(DROP) |
| 3.2.2 探测光线宽对实验的影响 |
| 3.2.3 电磁诱导透明(EIT)辅助的DROP光谱 |
| 3.2.4 光强的影响 |
| 第四章 超精细分裂和超精细作用常数 |
| 4.1 7D_(5/2)激发态的超精细分裂的测量 |
| 4.2 7D_(5/2)激发态的超精细作用常数的确定 |
| 4.3 误差来源分析 |
| 第五章 总结与展望 |
| 附录 |
| 参考文献 |
| 硕士研究生期间完成的学术论文和会议报告 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（2）基于纳米光纤与冷原子光接口的实验研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光与原子相互作用 |
| 1.2 微纳光子器件与原子相互作用 |
| 1.3 纳米光纤波导量子电动力学 |
| 1.4 论文结构安排 |
| 第二章 纳米光纤波导量子电动力学基本原理 |
| 2.1 纳米光纤 |
| 2.1.1 纳米光纤基本结构 |
| 2.1.2 纳米光纤传输模式 |
| 2.1.3 纳米光纤与铯原子耦合特性 |
| 2.2 双色偶极阱理论 |
| 第三章 纳米光纤-单个偶极子耦合系统数值模拟 |
| 3.1 纳米光纤-单个偶极子耦合 |
| 3.1.1 纳米光纤直径对耦合效率的影响 |
| 3.1.2 偶极子位置对耦合效率的影响 |
| 3.2 打孔纳米光纤-单个偶极子耦合增强系统 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 纳米光纤-冷原子团耦合 |
| 4.1 实验装置 |
| 4.1.1 纳米光纤的制作 |
| 4.1.2 真空系统 |
| 4.1.3 磁光阱 |
| 4.1.4 纳米光纤-冷原子团耦合系统 |
| 4.2 利用纳米光纤收集冷原子团荧光 |
| 4.2.1 冷原子团荧光收集 |
| 4.2.2 利用冷原子团荧光计数优化磁光阱参数 |
| 4.3 冷原子团对纳米光纤传播模式的吸收 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 基于纳米光纤的一维单原子阵列 |
| 5.1 双色偶极阱 |
| 5.1.1 实验装置 |
| 5.1.2 纳米光纤模式的偏振测量与控制 |
| 5.1.3 一维单原子阵列 |
| 5.2 一维单原子阵列特性研究 |
| 5.3 小结 |
| 第六章 纳米光纤机械振动模式研究 |
| 6.1 纳米光纤机械振动模式的研究意义 |
| 6.2 纳米光纤机械振动模式理论 |
| 6.3 光外差探测装置 |
| 6.4 纳米光纤机械振动模式测量 |
| 6.4.1 光外差探测方案 |
| 6.4.2 无激发情况纳米光纤机械振动模式测量 |
| 6.4.3 光激励情况纳米光纤机械振动模式测量 |
| 6.4.4 机械激励情况纳米光纤机械振动模式测量 |
| 6.5 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（3）铷原子的电磁诱导透明精密光谱及其激光稳频应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电磁诱导透明的原理及光学特性 |
| 1.3 电磁诱导透明的应用 |
| 1.4 主要结构和研究内容 |
| 第2章 实验装置 |
| 2.1 激光器 |
| 2.2 铷气室 |
| 2.3 磁铁及螺线管 |
| 2.4 饱和吸收谱稳频技术 |
| 2.5 PDH稳频技术 |
| 2.5.1 法布里-珀罗腔的光学特性 |
| 2.5.2 PDH稳频技术的基本原理 |
| 2.5.3 PDH激光稳频装置 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 铷原子D2线EIT精密光谱 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 实验构型 |
| 3.3 理论方法 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 零磁场下D_2线EIT光谱 |
| 3.4.2 磁场下D_2线EIT光谱 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于铷原子D2线EIT的激光稳频 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 实验构型 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 铷原子nD里德堡态EIT精密光谱 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 实验构型 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于铷原子nD里德堡态EIT的激光稳频 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.2 实验构型 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 铷原子nS里德堡态EIT精密光谱 |
| 7.1 研究背景 |
| 7.2 实验构型 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介与在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）面向原子光学器件的VCSEL激光器驱动电路设计及激光稳频（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 VCSEL激光器研究概况 |
| 1.3 激光锁频技术研究概况 |
| 1.4 本文研究内容及章节安排 |
| 2 VCSEL激光器稳定性分析 |
| 2.1 VCSEL激光器工作原理分析 |
| 2.2 VCSEL激光器频率稳定性的影响因素 |
| 2.2.1 驱动电流 |
| 2.2.2 温度 |
| 2.2.3 锁频精度 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 激光器驱动及光电探测电路设计 |
| 3.1 设计思路 |
| 3.2 驱动电路设计 |
| 3.2.1 稳压电源模块 |
| 3.2.2 可调偏置电路 |
| 3.2.3 控制电路 |
| 3.2.4 延时电路和保护电路 |
| 3.3 光电探测电路设计 |
| 3.3.1 光电二极管工作方式 |
| 3.3.2 光电探测电路设计 |
| 3.3.2.1 前置放大电路设计 |
| 3.3.2.2 带通滤波电路设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 激光器锁频电路设计 |
| 4.1 锁频原理 |
| 4.2 信号发生模块 |
| 4.2.1 扫描信号 |
| 4.2.2 调制信号 |
| 4.3 锁频模块关键电路设计 |
| 4.3.1 模数转换电路 |
| 4.3.2 数模转换电路 |
| 4.3.3 电源模块 |
| 4.3.4 加法器设计 |
| 4.3.5 数码管模块 |
| 4.4 锁频数字电路设计 |
| 4.4.1 数字PI控制环节 |
| 4.4.2 激光器频率的控制算法及锁定 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 激光器驱动电路及锁频测试 |
| 5.1 驱动电路输出测试 |
| 5.1.1 电流稳定性 |
| 5.1.2 激光器输出测试 |
| 5.2 激光频率锁定系统测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果 |
| 致谢 |
（5）用于等效原理检验的原子干涉仪激光系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.引言 |
| 1.1 等效原理 |
| 1.2 弱等效原理检验 |
| 1.3 原子干涉仪 |
| 1.4 论文内容与结构 |
| 2.原子干涉仪的原理 |
| 2.1 原子能级分裂 |
| 2.2 光场与原子相互作用 |
| 2.3 原子干涉原理 |
| 2.4 干涉相位计算 |
| 2.5 η~10~(-10)量级原子干涉仪弱等效原理检验中对激光的要求 |
| 3.激光系统光学质量及利用效率的提高 |
| 3.1 激光频谱测试系统 |
| 3.2 铷原子蒸汽吸收池系统 |
| 3.3 铷原子蒸汽吸收池系统的应用 |
| 3.4 铷原子蒸汽吸收池系统与其他频谱测试系统对比 |
| 3.5 激光光源系统 |
| 3.6 本章小结 |
| 4.激光系统长期稳定性的提高 |
| 4.1 激光稳频 |
| 4.2 激光移频系统 |
| 4.3 拍频锁相系统 |
| 4.4 激光系统在干涉仪中的应用 |
| 4.5 本章小结 |
| 5.总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 Ⅰ:攻读博士期间成果目录 |
| 附录 Ⅱ:~(85)Rb原子D2 线能级结构 |
| 附录 Ⅲ:~(87)Rb原子D2 线能级结构图 |
（6）原子干涉重力仪光学系统关键技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 重力测量的背景意义 |
| 1.2 原子干涉重力仪 |
| 1.2.1 原子干涉重力仪简介 |
| 1.2.2 原子干涉重力仪国内外研究概况 |
| 1.3 原子干涉重力仪的光学系统及其意义 |
| 1.4 论文内容 |
| 第2章 原子干涉重力仪光学系统理论 |
| 2.1 外腔半导体激光器理论 |
| 2.1.1 外腔半导体激光器的线宽压窄 |
| 2.1.2 外腔半导体激光器的选模 |
| 2.2 激光稳频原理 |
| 2.2.1 饱和吸收稳频原理 |
| 2.2.2 调制转移谱稳频原理 |
| 2.3 原子的激光冷却原理 |
| 2.3.1 多普勒冷却 |
| 2.3.2 偏振梯度冷却 |
| 2.4 原子干涉原理 |
| 2.4.1 二能级原子拉比振荡 |
| 2.4.2 三能级原子受激拉曼跃迁 |
| 2.4.3 原子干涉的过程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 冷却光系统的设计与实现 |
| 3.1 原子冷却光路系统 |
| 3.2 冷却激光的准直扩束 |
| 3.2.1 光学系统设计 |
| 3.2.2 机械结构设计 |
| 3.3 扩束准直器装调与测试 |
| 3.4 冷原子实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 拉曼激光系统的设计与实现 |
| 4.1 拉曼激光锁相 |
| 4.1.1 拉曼激光锁相方案 |
| 4.1.2 光学锁相环 |
| 4.2 外腔半导体激光器稳频锁相可行性 |
| 4.3 激光频率稳定 |
| 4.3.1 饱和吸收谱稳频 |
| 4.3.2 调制转移谱稳频 |
| 4.3.3 频率调制谱稳频 |
| 4.4 拉曼光制备的实验 |
| 4.4.1 光学锁相环的拉曼光实现 |
| 4.4.2 拉曼光脉冲的输出 |
| 4.5 实验拍频结果分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）基于纳米光纤的冷原子相干与热噪声冷却研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 纳米光纤的研究意义 |
| 1.1.1 光学纳米光纤的结构 |
| 1.1.2 Purcell因子 |
| 1.1.3 辐射增强系数 |
| 1.2 纳米光纤的研究进展 |
| 1.2.1 衰逝场光子的手征性 |
| 1.2.2 原子镜面Bragg反射 |
| 1.2.3 纳米光纤波导中的光存储 |
| 1.2.4 纳米光纤波导中的长程偶极相互作用 |
| 1.2.5 纳米光纤俘获原子链的单一集体激发效应 |
| 1.2.6 纳米光纤激发里德堡态原子 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 纳米光纤的拉制 |
| 2.1 纳米光纤拉制原理 |
| 2.1.1 纳米光纤锥区的绝热条件 |
| 2.1.2 纳米光纤的直径要求 |
| 2.1.3 纳米光纤的结构设计 |
| 2.2 纳米光纤拉锥装置 |
| 2.3 纳米光纤拉制 |
| 2.3.1 光纤拉制前的清洁准备 |
| 2.3.2 光纤洁净度检测和位置校准 |
| 2.3.3 纳米光纤拉制与检测 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于纳米光纤俘获冷原子系综的阶梯型电磁诱导透明 |
| 3.1 铯原子的超精细能级 |
| 3.2 ac Stark频移 |
| 3.3 双色偶极阱 |
| 3.4 实验装置 |
| 3.4.1 磁光阱原理 |
| 3.4.2 真空系统 |
| 3.4.3 Anti-Helmholtz磁场线圈 |
| 3.4.4 时序控制 |
| 3.5 纳米光纤光晶格中的冷原子装载 |
| 3.5.1 磁光阱俘获冷原子 |
| 3.5.2 磁光阱俘获冷原子的吸收测量 |
| 3.5.3 纳米光纤偶极俘获势的偏振 |
| 3.5.4 纳米光纤俘获冷原子 |
| 3.6 基于纳米光纤俘获原子的阶梯型电磁诱导透明 |
| 3.6.1 阶梯型电磁诱导透明的半经典理论 |
| 3.6.2 阶梯型电磁诱导透明的实验测量 |
| 3.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 纳米光纤扭转模的光机械冷却 |
| 4.1 热噪声诱导的纳米光纤扭转模 |
| 4.2 自旋光机械耦合激发纳米光纤扭转模 |
| 4.3 光机械冷却纳米光纤扭转模 |
| 4.3.1 理论模型 |
| 4.3.2 实验部分 |
| 4.4 纳米光纤扭转模的迟滞现象 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 亚纳瓦级激光频率稳定 |
| 5.1 基于纳米光纤和DAVLL的低功率激光频率稳定技术 |
| 5.2 基于纳米光纤和DAVLL的稳频实验 |
| 5.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 原子晶格中Bragg反射光的相位测量 |
| 6.2 光机械系统中纳米光纤热噪声的量子效应 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 专利 |
| 博士期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
| 个人简况 |
| 联系方式 |
（8）微型光阱阵列中异核原子量子比特相干性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 量子计算与量子计算机 |
| 1.2 中性原子量子比特操控进展 |
| 1.2.1 原子的激光冷却与囚禁 |
| 1.2.2 原子阵列的形成 |
| 1.2.3 单原子量子比特逻辑门操控 |
| 1.2.4 原子内态相干性研究 |
| 1.2.5 原子内态高保真度读出 |
| 1.3 中性原子体系量子计算的机遇和挑战 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第二章 中性原子量子比特的制备和操控 |
| 2.1 囚禁单原子实验装置 |
| 2.1.1 真空系统 |
| 2.1.2 磁光阱系统 |
| 2.1.3 光偶极阱和探测系统 |
| 2.1.4 实验控制系统 |
| 2.2 囚禁单原子的激光系统 |
| 2.2.1 激光器和激光放大器的调节 |
| 2.2.2 AOM晶体移频光路的调节 |
| 2.2.3 异核系统的激光稳频及其光路设置 |
| 2.2.4 PID主动反馈稳定激光功率 |
| 2.3 偶极阱中单原子的性质 |
| 2.3.1 原子温度 |
| 2.3.2 原子寿命 |
| 2.3.3 原子谐振频率 |
| 2.4 补偿背景杂散磁场 |
| 2.5 单原子量子比特的制备 |
| 2.5.1 标定内态制备光参数 |
| 2.5.2 补偿内态制备磁场 |
| 2.6 单原子量子比特操控 |
| 2.6.1 二能级原子体系拉比振荡理论 |
| 2.6.2 布洛赫球描绘量子比特操控 |
| 2.6.3 微波操控单原子量子比特 |
| 2.6.4 偶极光操控单原子量子比特 |
| 2.7 小结 |
| 第三章 铷-87原子量子比特叠加态相干性的研究 |
| 3.1 单原子量子比特退相因素分析 |
| 3.1.1 自旋弛豫时间T1 |
| 3.1.2 非均匀退相干时间T2* |
| 3.1.3 均匀退相干时间T2' |
| 3.2 铷-87原子魔幻光强偶极阱的构建和相干时间的延长 |
| 3.2.1 交流斯塔克频移 |
| 3.2.2 魔幻光强偶极阱的构建 |
| 3.2.3 相干时间的测量 |
| 3.3 优化铷-87原子量子比特在魔幻光强偶极阱中的相干时间 |
| 3.3.1 实验室背景磁场的变化 |
| 3.3.2 主动反馈压制背景磁场噪声 |
| 3.3.3 主动反馈稳定磁场线圈电流 |
| 3.3.4 优化结果及分析 |
| 3.4 双魔幻偶极阱囚禁技术的尝试 |
| 3.4.1 双魔幻阱理论 |
| 3.4.2 双魔幻阱实验方案 |
| 3.4.3 双魔幻阱实验结果 |
| 3.4.4 双魔幻阱实验存在的问题 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 铷-85原子魔幻光强偶极阱的构建及调控 |
| 4.1 补偿偶极光与量子化轴磁场之间的夹角θ |
| 4.1.1 补偿方法 |
| 4.1.2 补偿过程与结果 |
| 4.1.3 补偿效果分析 |
| 4.2 铷-85原子魔幻光强偶极阱的构建以及相干时间的测量 |
| 4.2.1 魔幻光强偶极阱的构建 |
| 4.2.2 相干时间的测量 |
| 4.3 铷-85原子魔幻光强偶极阱中B-U_M曲线的可调性 |
| 4.3.1 分析B-U_M曲线的可调性 |
| 4.3.2 测量B-U_M曲线的可调性 |
| 4.4 铷-85原子椭圆偏振魔幻光强偶极阱中相干时间的测量分析 |
| 4.4.1 偏振度A的调节 |
| 4.4.2 估算偏振度A的起伏 |
| 4.4.3 相干时间的测量分析 |
| 4.4.4 椭圆偏振魔幻光强偶极阱的优化 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 魔幻光强偶极阱阵列中异核原子量子比特的相干性 |
| 5.1 异核体系偶极光的光路设计 |
| 5.1.1 AOD晶体衍射效率的调节 |
| 5.1.2 异核体系偶极阱的调节 |
| 5.1.3 异核体系偶极阱偏振的调节 |
| 5.2 异核偶极阱阵列的形成和优化 |
| 5.2.1 偶极阱阵列的形成及其优化 |
| 5.2.2 异核偶极阱阵列的形成及其间距优化 |
| 5.3 长相干时间的异核原子量子寄存器 |
| 5.3.1 异核体系偶极阱阵列中魔幻阱深的标定 |
| 5.3.2 魔幻光强偶极阱阵列中混合量子比特相干时间的测量 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 总结博士期间的工作 |
| 6.2 展望下一步的工作 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）铯原子射频磁力仪的初步实现与性能优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 课题研究内容 |
| 1.3 论文结构 |
| 第二章 射频原子磁力仪基本原理 |
| 2.1 铯原子基本特性 |
| 2.2 光学吸收与线型函数 |
| 2.3 光泵浦 |
| 2.4 自旋弛豫 |
| 2.5 射频原子磁力仪工作原理 |
| 2.6 本章小节 |
| 第三章 铯原子射频磁力仪传感单元性能表征与优化 |
| 3.1 铯原子气室制作工艺 |
| 3.2 气室内铯原子数密度测量 |
| 3.3 铯原子本征横向弛豫机制 |
| 3.4 抑制气室壁碰撞弛豫方案 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 铯原子射频磁力仪实验系统关键问题研究 |
| 4.1 铯原子射频磁力仪系统设计 |
| 4.2 光致线宽压缩 |
| 4.3 内部磁场优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 铯原子射频磁力仪的初步实现与性能优化 |
| 5.1 铯原子射频磁力仪开环系统的实现与优化 |
| 5.2 铯原子射频磁力仪闭环系统的实现与优化 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究内容及创新点 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录 A |
| 附录 B |
（10）采用319纳米紫外激光对铯原子系综的单光子跃迁里德堡激发研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 里德堡原子 |
| 1.1.1 量子亏损 |
| 1.1.2 里德堡原子的波函数 |
| 1.1.3 里德堡跃迁的偶极矩阵元 |
| 1.2 基于里德堡原子的量子技术研究进展 |
| 1.3 里德堡原子的制备与探测 |
| 1.4 本论文的主要内容 |
| 第二章 319纳米紫外激光系统的研制 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 总体实验方案 |
| 2.3 紫外激光器的研制 |
| 2.3.1 激光线宽测量 |
| 2.3.2 单次通过非线性晶体和频产生638 nm波长单频红光 |
| 2.3.3 腔增强谐振倍频产生319 nm波长单频紫外光 |
| 2.4 紫外激光频率的稳定与调谐 |
| 2.4.1 超稳腔 |
| 2.4.2 电子学边带稳频 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 热原子气室中铯原子系综的单光子跃迁nP_(3/2)里德堡态激发 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验装置 |
| 3.3 速度选择光谱 |
| 3.4 光场偏振对里德堡光谱的影响 |
| 3.5 Autler-Townes分裂 |
| 3.6 外磁场作用下的里德堡光谱 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 铯原子磁光阱中冷原子系综的单光子跃迁nP_(3/2)里德堡态激发 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 冷原子磁光阱 |
| 4.2.1 原子的激光冷却与俘获 |
| 4.2.2 铯冷原子磁光阱系统 |
| 4.2.2.1 磁场系统 |
| 4.2.2.2 光学系统 |
| 4.2.3 铯冷原子样品参数的测量 |
| 4.2.3.1 冷原子样品的尺寸 |
| 4.2.3.2 原子数密度和原子数测量 |
| 4.2.3.3 冷原子样品的温度测量 |
| 4.2.3.4 冷原子的装载时间测量 |
| 4.3 单光子里德堡激发实验方案 |
| 4.4 里德堡态俘获损耗光谱 |
| 4.5 静电场传感 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 俘获铯原子基态和里德堡态的魔术光阱 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光学偶极阱 |
| 5.3 原子的极化率 |
| 5.4 铯原子基态和里德堡态魔术光阱的计算与设计 |
| 5.4.1 铯原子基态6S_(1/2)和里德堡态43S_(1/2)魔术光阱 |
| 5.4.2 铯原子基态6S_(1/2)和里德堡态84P_(3/2)魔术光阱 |
| 5.5 光子散射率和铯原子里德堡态俘获寿命的理论估算 |
| 5.6 基态6S_(1/2)和里德堡态84P_(3/2)铯原子的1879 nm魔术光阱 |
| 5.6.1 魔术光阱实验装置 |
| 5.6.21879 nm激光的功率稳定 |
| 5.6.31879 nm激光的频率稳定 |
| 5.6.3.1 转移腔稳频方案 |
| 5.6.3.2 三光子EIT稳频方案 |
| 5.6.4 光频移测量方案 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 附录 A~(133)Cs原子D2 线超精细跃迁能级图 |
| 附录 B常见非线性晶体的特性 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人情况及联系方式 |
四、铯原子D_2线调制转移光谱及其在激光器锁频中的应用（论文参考文献）
- [1]铯原子7D5/2激发态超精细分裂测量及超精细作用常数确定[D]. 王泽荣. 山西大学, 2021(12)
- [2]基于纳米光纤与冷原子光接口的实验研究[D]. 王鑫. 山西大学, 2021(01)
- [3]铷原子的电磁诱导透明精密光谱及其激光稳频应用[D]. 王汉睦. 中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院), 2020(01)
- [4]面向原子光学器件的VCSEL激光器驱动电路设计及激光稳频[D]. 张开放. 中北大学, 2020(09)
- [5]用于等效原理检验的原子干涉仪激光系统研究[D]. 周超. 华中科技大学, 2020(01)
- [6]原子干涉重力仪光学系统关键技术的研究[D]. 郝安庆. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(07)
- [7]基于纳米光纤的冷原子相干与热噪声冷却研究[D]. 苏殿强. 山西大学, 2020(12)
- [8]微型光阱阵列中异核原子量子比特相干性研究[D]. 郭瑞军. 中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所), 2020(02)
- [9]铯原子射频磁力仪的初步实现与性能优化[D]. 傅杨颖. 国防科技大学, 2020(01)
- [10]采用319纳米紫外激光对铯原子系综的单光子跃迁里德堡激发研究[D]. 白建东. 山西大学, 2020(12)