积分球激光冷却气体原子机理研究

目前直接从背景气体中获得冷原子的方法是光学黏胶和磁光陷阱，这两种方法各有优缺点。我们发展了一种新的激光冷却方法，即积分球激光冷却。利用激光注入积分球产生的漫反射光和背景气体原子相互作用，选择合适的激光频率，实现从背景气体中直接冷却原子。这种方法的优点是无需磁场，激光不需要准直，因此具有简单可靠的优点。同时，由于漫反射光的特性，激光冷却效率较光学黏胶和磁光陷阱冷却的效率高。而积分球冷原子具有一些独特的特性，可以作为一种新型的冷原子源进行全新的冷原子物理研究。本项目将在积分球激光冷却成功的基础上，首先研究大尺度积分球激光冷却，以期获得国际上最多的冷原子数。然后，将研究在激光作用下冷原子在积分球中的动力学行为，包括冷原子分布的压缩和转移。利用获得的冷原子，本项目将研究冷原子中的一系列现象，包括电磁感应透明，冷原子的消相干机理等。这些结果将对提高冷原子钟的性能有重要意义。

本课题的目标是实现高精度积分球冷原子钟的物理问题研究，通过本课题的执行，实现积分球冷原子钟的绝大部分原理问题已经解决，大部分研究为本课题独创，获得了较好的成果。其中重要结果为：实现了大积分球的激光冷却原子；实现绝热冷却，降低冷原子温度；获得了线宽13.5Hz的Ramsey干涉条纹；利用脉冲冷却技术，原子钟运行周期缩短一个量级；冷原子密度分布操控；实现了低相噪的微波频率综合器；退相干研究；微重力环境下激光冷却研究；首次在冷原子中采用偏振探测方法中获得了高对比度的Ramsey干涉条纹；成功实现积分球和微波腔一体化；积分球原子钟稳定度评估，秒稳定度已经达到了3.2E-13，比项目执行前几乎提高了2个数量级，和国际最好水平相当。