超冷镱原子亚稳态的非弹性碰撞效应实验研究

本项目主要以装载到远离共振光阱(FORT)中的超冷镱原子(Yb)费米同位素为研究对象，通过507nm光抽运将原子直接制备到Yb原子的亚稳态3P2态上，通过改变势阱参数，研究非弹性碰撞产生的物理机制以及能够抑制这一非弹性碰撞过程的解决办法，为探索通过减小碰撞频移的影响来改善晶格光钟的不确定性的相关研究作铺垫。本项目主要涉及到1S0→3P2跃迁507nm激光场的产生；532nm交叉FORT阱的装载，3P2态原子数的测量等一些关键技术。与目前国际上的相关研究相比，利用超冷的171Yb费米同位素原子为研究对象，507nm光场能够更有效的将原子到制备3P2态，同时利用紧束缚的交叉FORT阱，更便于研究非弹性碰撞过程的物理机制以及抑制手段，探索1S0→3P2跃迁507nm作为Yb原子晶格光钟钟跃迁的可行性。

本项目在三年研究期间，按照项目任务书的要求，基本完成了项目预定的研究任务。主要完成了镱原子（Yb）费米同位素171Yb的囚禁和冷却，以及在远离共振光阱(FORT)中的装载；并且在cross-FORT中进行了光学蒸发冷却，实现了174Yb玻色同位素的玻色爱因斯坦凝聚。本项目主要以超冷镱原子(171Yb)费米同位素为研究对象，通过507nm光抽运将原子直接制备到Yb 原子的亚稳态3P2 态上，通过改变势阱参数，研究非弹性碰撞产生的物理机制以及能够抑制这一非弹性碰撞过程的解决办法，为探索通过减小碰撞频移的影响来改善晶格光钟的不确定性的相关研究作铺垫。本项目中涉及到两项关键技术：对应1S0→3P2 跃迁507nm 激光场的产生，是其中一项关键技术。我们采用了一种简化的倍频方案，利用波导型周期极化的铌酸锂晶体（WG PPLN）将自制的1014nm的激光直接倍频获得507nm的倍频输出。我们分别尝试了两种不同的耦合方式：光纤耦合与直接透镜耦合，最终获得约400μW的507nm激光输出。532nm 交叉FORT 阱的装载是另一项关键技术。我们成功地将556nm green MOT重的冷原子装载到了532nm的交叉FORT阱中，这样同时解决了维持原子团具有较高的密度和维持较低温度的问题。我们在交叉FORT阱中进行了光学蒸发冷却，在温度降至300nK的时候观测到了174Yb玻色同位素的玻色爱因斯坦凝聚的形成。通过本项目的开展，我们获得了镱原子的另一个波长的钟跃迁，它对于抑制镱原子在光晶格中的碰撞频移以及抑制黑体辐射频移都具有重要的科学意义和应用价值。