冷原子噴泉的激光準直鏡筒研究

張輝,王心亮,劉丹丹,楊帆，范思晨，白楊，郝強,阮軍，張首剛

(1.中國科學院 國家授時中心，西安 710600；2.中國科學院大學，北京 100049)

0 引言

實現更長原子相干時間與更高原子回落比的原子噴泉是冷原子噴泉鐘[1-4]、重力干涉儀[5-6]以及冷原子干涉陀螺儀[7]獲得高性能的關鍵。(冷原子干涉陀螺儀可看作斜噴泉)制備μK量級的冷原子團樣品是獲得這種原子噴泉的前提與基礎。

制備冷原子團樣品通常采用MOT(磁光阱)技術與移動光學黏團技術[8-14]。MOT技術與移動光學黏團技術都涉及到了6束冷卻激光交匯共同形成的冷原子俘獲區，6束冷卻激光在空間的布局一般為3組冷卻激光相互斜入射的(1,1,1)結構[13]。上述技術要求6束激光兩兩對射，在空間3維方向上形成3組駐波場，所以6束冷卻激光的準直性(出射光發散角)、垂直性(出射光波矢方向與鏡筒出射端水平面的垂直度)、均勻性(出射光光斑中心與鏡筒機械中心的偏離值)要盡可能滿足形成駐波場的條件，同時出射光的偏振與功率也要滿足上述技術的要求。本文從中國科學院國家授時中心銫原子噴泉鐘6束冷卻激光的實際要求出發，對冷卻激光準直系統進行了具體的研究，設計與研制了冷卻激光準直鏡筒，并總結了一套調節方法與判斷標準。

1 (1,1,1)結構原子噴泉的冷卻激光

(1,1,1)結構原子噴泉的冷卻激光空間布局如圖1所示。1～6號代表6束激光，1和4,2和5,3和6的虛線代表不同方向的3組駐波場，3組虛線交匯中心，即MOT俘獲與冷卻原子的中心。此時原子冷卻的溫度在多普勒冷卻極限以下，但需要冷卻到μK量級，還需要采用移動光學黏團技術進行偏振梯度冷卻。……