原子冷却的半导体激光系统

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1、第55卷第6%期%""$年6%月物理学报UB:-55，3B-6%，0JCJ7,JK，%""$6""")#%F"G%""$G55（6%）G$#’%)"5N/4N2QRST/NST3T/N!%""$/=9>-2=AE-SBC-""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!"%&!#$’(原子冷却的半导体激光系统!卫栋陈海霞熊德智张靖（山西大学光电研究所，量子光学与光量子器件国家重点实验室，太原"#"""$）（%""$年%月%"日收到；%""$年$月%&日收到修改稿）对’"*&()+,原子冷却的半

2、导体激光系统提出了一种实验方案，并进行了初步实验-采用三台外腔光栅反馈半导体激光器（./01）、四台注入锁定从激光器和一台半导体激光放大器组成激光系统-三台./01通过声光调制器产生四束光，分别作为’"*&(和+,原子的冷却光和再抽运光，四束不同频率成分的激光分别注入锁定四台从激光器，然后+,冷却光、(冷却光和(再抽运光再同时注入半导体激光放大器进行放大-该装置可同时产生冷却’"*&(和+,原子的冷却光和再抽运光，结构紧凑、工作稳定-关键词：简并费米气体，激光器系统，外腔光栅反馈半导体激光器，半导体激光放大器)*++：#%*"2，’%$"行冷却、俘获与操控已成为非常成熟的技术-

3、半导体6D引言激光器以其价格低、可靠性高、操作简单等优点而被广泛采用-半导体激光器的缺点是输出功率比较小，近年来对费米气体和玻色)费米混合气体的实但目前已经有比较成熟的半导体激光放大器，能够［6—#］验与理论研究引起了人们极大的兴趣，为研究在输入功率很小的情况下，得到比较大的功率输出，高温超导的产生、强相互作用等物理机理提供了一如德国4BHI9C8公司生产的半导体激光锥形放大器个理想的实验研究平台-费米子与玻色子具有不同（I8HJKJL87H:9M9JK，简记为4N）在输入功率几十毫瓦$&的量子统计特性，由于受泡利不相容原理的限制，处时，输出功率可以达到瓦级以上-在19和19实

4、验中，［66］于同一个量子态的费米子在温度很低时E波碰撞被OJKK8K9等首先提出了一种简单稳定的半导体激光禁止，蒸发冷却不能有效进行，费米气体因此无法达系统方案，他们采用两台半导体激光器作为光源，两到量子简并-为了克服这一困难，得到简并费米气束光的频率相差可以达到6%PQ<，稳频后注入同一体，目前主要有两种方案-一种方案是囚禁费米子的$&个4N进行放大，同时产生用于19和19磁光阱的冷不同自旋态，尽管处于同一自旋态的费米子之间的却光和再抽运光-这种方法也可以推广到多束光且’"*&E波碰撞是禁止的，但是处于不同自旋态的费米子波长相差比较大的情况-(和+,的!%跃迁线分’"却可以

5、相互发生碰撞，如选用(原子的〈FG%，&G%〉别为&$&和&*">7，波长相差是6#>7，因此可以使［’］和〈FG%，FG%〉-另一种方案是同时囚禁玻色与费米用相同的反射镜、棱镜、光纤和放大器-目前，采用将气体，采用玻色子作为中介，在蒸发冷却阶段，通过’"*&(和+,的冷却光和再抽运光注入到同一个4N中玻色子与费米子之间的相互碰撞可以将费米子冷却放大后得到比较大的功率来进行(，+,原子的冷却到量子简并，这种方法称为和应冷却（EA7H8I=JI9C［6%—6’］与俘获已被许多研究小组采用-CBB:9>?），成为冷却费米气体中使用较多的方法-人’"*&［5］$&［$—*］$们已先后

6、在(和+,，19和19，19和%-实验方案%#［F］$*&［6"］38，19和+,等系统中实现了费米气体简并，’"*&其中(和+,成为选用较多的一个系统-在冷原子实验中，冷却和俘获一种原子通常需在超冷原子物理研究领域，使用激光对原子进要两束不同频率的激光，分别叫做冷却光和再抽运!教育部新世纪优秀人才支持计划（批准号：3/.4)"’)"%5$）和高等学校博士学科点专项科研基金（批准号：%""5"6"*""&）-万方数据!通讯联系人-.)789:：;<=8>?&’@A8=BB-CB7;G期卫栋等："#%&N6"6$R’(原子冷却的半导体激光系统光!冷却光是指调谐到原子循环跃迁线上，

7、对原子产上!这样，既可以通过5=>设置激光的频率，又避免生减速作用力的激光，而再抽运光是指把自发辐射了直接对激光器电流进行调制所引起的抖动!把激落到基态与冷却光失谐的其他精细能级上的原子重光器锁在’(原子"IG!"JI6跃迁线上，则激光%&新抽运到冷却过程中的激光!在量子简并费米气体器的输出频率!./-12I!G!6A<<>?@，!G!6表示’(原"#"#%&GG$实验中，要同时冷却$和’(原子，就需要四束子<#;KG，"IG!<$6KG，"JI6共振跃迁频率!大部不同波长的激光来实现对两种