摘要：中国空间站的发展和建成为微重力环境下超冷原子物理的研究及其应用提供了必要的实验条件.2022年10月31日,中国科学院上海光学精密机械研究所联合北京大学研制的中国空间站超冷原子物理实验柜(简称超冷柜)搭载梦天实验舱进入中国空间站.超冷柜的主要目标是在中国空间站建成以87Rb玻色–爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein Condensate,BEC)为工作物质的超冷原子物理实验平台,基于微重力环境优势利用两级交叉光束冷却(Two-Stage Crossed Beams Cooling,TSCBC)的实验方案获得皮-开尔文(picoKelvin,pK)量级的超冷原子,在微重力环境下通过调控以及观察极低温超冷原子以发现新奇的物理现象.本文介绍了BEC的实现和深度冷却实验方案,以及微重力环境下超冷原子物理研究与应用领域所取得的一系列进展;详细介绍了超冷柜的设计方案以及地面验证实验.到目前为止,超冷柜按照预期持续开展微重力环境下的超冷原子物理研究,在轨连续运行时间超过2年,取得了初步的实验结果,实现了超冷柜作为微重力环境下超冷原子物理实验平台的主要目标.

摘要：设计并实现了一种低功耗、小型化、可长期稳定运行的自动稳频激光系统。通过设计并实现高效率、低纹波的电压源,较大幅度地降低了整个系统的功耗和体积;通过设计并实现高性能温度控制电路、电流控制电路和稳频电路,得到了线宽较窄、频率稳定度较高的输出激光。该系统能够自动长期稳频,输出激光线宽约为1 MHz,稳定度指标为秒稳定度1.43×10^(-10),十秒稳定度3.90×10^(-11),百秒稳定度1.28×10^(-11),千秒稳定度2.25×10^(-11)。在稳定度略优于商用外腔半导体激光器的前提下,该激光系统电源体积缩小了约85%,整机功耗降低了约90%,为实现半导体稳频激光系统的低功耗和小型化提供了一种新的方案。

摘要：介绍了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波和五次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频的原理,分析了使用这两种稳频方法对半导体激光器进行稳频时所得到的激光频率短期稳定度的理论估算方法,提出了通过选取最佳调制深度来优化短期稳定度的方法和原理,并在理论上比较了两种稳频方法得到的短期稳定度的差异。然后讨论了半导体激光稳频电路系统的设计,并利用该电路系统,分别用三次谐波和五次谐波稳频的方法将半导体激光器的频率锁定在的87Rb饱和吸收的F=2→F'=3,1线上,并使用我们提出的短期稳定度优化方案进行稳定度优化,通过对误差信号的分析,估算出的频率稳定度达到10-12的量级,使用采集到的误差信号在实验上比较了两种稳频方法所得的稳定度的,其结果和理论基本吻合。

摘要：研究了利特罗(Littrow)结构外腔半导体激光器的结构参量对激光连续可调范围的影响。给出了反射镜转轴等处的机械加工误差对激光波长连续可调范围所造成的影响的数值计算结果。介绍了半导体激光器外腔结构设计的具体细节要点。利用该设计制作的外腔只需要配合商用半导体激光管便可以得到优质的780nm激光输出,经测量其线宽小于1MHz,连续可调谐范围大于3GHz。利用腔外Rb饱和吸收谱的三、五次谐波稳频方法对半导体激光器进行了稳频。其中提出了优化激光频率短期稳定度的方法,并对调制深度的选择给出了详细的理论解释。根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。

摘要：介绍了实现铯原子喷泉的过程及条件 ,并详细讨论了光路中各种光学元件对铯原子喷泉光学系统性能的影响。在对各种光学元件性能综合考虑的基础上 ,设计并建立了一套用于进行激光冷却和上抛的铯原子喷泉的光学系统 ,使光强控制、失谐调整、光束开关、光束质量等多种参量的控制达到了技术要求。在此基础上 ,实现了铯原子磁光阱 。

摘要：首先讨论了半导体激光器外腔结构参量对激光连续可调范围影响的理论计算方法,给出了Littrow结构外腔半导体激光器调谐范围的计算结果。然后介绍了半导体激光器外腔结构参量的具体设计,利用该设计得到了出射激光线宽小于1MHz、连续可调谐范围可达3GHz的780nm波段外腔半导体激光器。接着讨论了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频,优化激光频率短期稳定度的方法。最后根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。

摘要：饱和吸收谱技术与激光稳频技术都是前沿量子科技中广泛应用的基础实验技术。北京大学高级光电子技术实验室将两者融合,自主设计了基于饱和吸收谱的激光稳频实验系统,并用于教学实践。实验中,清晰可见的分立光谱帮助于学生直观感受抽象的量子化图像,加深对相关概念的理解;精密的光路电路调节可以充分锻炼学生的沉稳心态和动手能力;实验内容丰富,紧跟时代前沿,可以有效启发思维,开阔眼界,激发兴趣。

摘要：研制了一种高均匀性、小型化的法拉第磁光隔离器,用于780 nm波长的光路中,并对设计方案进行了数值模拟和验证。采用了新颖的三段式"π"形磁体的组合设计方案,提高了剩磁利用率.隔离器整体体积为52 cm^3,其中磁体体积为18 cm^3,是相当小的。它的通光孔径为5 mm,隔离比为34.6 dB,透过率为90.9%。与之类似的"Ⅱ"型磁体体积更小,磁场均匀性稍差,也是可行的设计方案。成品隔离器比商用隔离器磁场均匀度更高,体积更小,隔离比更高,可以有效满足研发中的冷原子平台的小型化、高精度需求。

摘要：介绍了一种新型实用的半导体激光稳频系统,主要包括精密控温电路、精密控流电路和激光稳频电路。对电路原理进行了讨论,给出了具体的参考电路和测量结果。结果表明控温电路的控制精度达到1 mK,使得由于温度影响导致的频率漂移小于3.8 MHz,控流电路的控制精度为1μA,使得由于电流抖动引起的频率抖动小于1 MHz,控温、控流电路与稳频电路组成的半导体激光稳频系统能够很好地将频率稳定于原子跃迁线上。所设计的稳频系统精度高、调节方便,可用于激光精密长度测量、化学精密检测和激光冷却等。

摘要：在 2 0 0 4年 6月 2 8日上海召开的“第四届华人物理学家大会”上 ,北京大学信息科学技术学院的陈徐宗教授报道了他领导的研究小组成功地获得了单量子态与多量子态的玻色 -爱因斯坦凝聚体 ,该凝聚体的原子数为 5 0万个 ,临界转变温度为 5 0 0nK ,这一研究结果引起了原子物理学同行们的兴趣 .玻色 -爱因斯坦凝聚的研究是近十年来国际物理学界关心的热点 ,2 0 0 1年的诺贝尔物理学奖授予了最早实现玻色 -爱因斯坦凝聚的三位美国科学家 .在北京大学 985计划与教育部自然科学重大基金以及国家重点基础研究发展计划的支持下 ,北京大学信息科学技术学院陈徐宗教授、王义遒教授领导的冷原子物理小组从 2 0 0 1年起开展了铷原子玻色 -爱因斯坦凝聚的实验研究 .三年来 ,在小组主要研究成员 :博士后周小计、博士生陈帅、扬帆、夏林等同学的共同努力下 ,从无到有 ,建立起了实现玻色 -爱因斯坦凝聚的双磁光阱超高真空系统 ,自己设计与制作了静磁阱与低噪声大电流驱动系统、几十路的光电信号时序控制系统、激光频率与强度的精密控制系统等 ,克服了重重困难 ,经过磁光阱、偏振梯度激光冷却、磁阱转换与压缩、蒸发冷却等一些列...