近期，*上海光學(xué)精密機(jī)械研究所量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員魏榮課題組在冷原子噴泉鐘的磁場評估與計量研究方面取得系列進(jìn)展。
87rb基態(tài)的受激拉曼躍遷能譜及對應(yīng)的塞曼分裂
電磁場是基本的物質(zhì)形態(tài)之一。磁場通過塞曼效應(yīng)影響粒子的能級，是影響原子鐘及其它精密測量領(lǐng)域重要的因素之一。相關(guān)領(lǐng)域通過一階塞曼效應(yīng)引起能級分裂測試磁場?？蒲腥藛T基于受激拉曼躍遷方法，探索了雙光子躍遷下的選擇定則(不僅有δmf=0,±1而且增加δmf=±2)，并結(jié)合一階、二階塞曼效應(yīng)不同的頻率敏感系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了二階塞曼效應(yīng)弱磁敏躍遷測試磁場。它與一階塞曼效應(yīng)的強(qiáng)磁敏躍遷相結(jié)合，相當(dāng)于為磁場測量提供了相差500倍的雙量程磁強(qiáng)計，大大拓展了磁場強(qiáng)度的測試范圍。利用該方法，科研人員評估了噴泉鐘整個上拋區(qū)域的磁場強(qiáng)度，在104動態(tài)范圍實(shí)現(xiàn)高精度磁場測量。相關(guān)研究成果發(fā)表于applied physics letters [106,152402(2015)]。
磁場是矢量，這使磁場的方向測量成為一件重要工作?；谠幽芗壏至训娜?yīng)磁場測試與普通的基于霍爾效應(yīng)磁強(qiáng)計有較大區(qū)別?；魻栃?yīng)磁強(qiáng)計是測試磁場矢量在測試方向的投影，而塞曼效應(yīng)引起的能級分裂取決于磁場的大小，它對粒子的影響是通過c-g系數(shù)，也就是躍遷的強(qiáng)度體現(xiàn)。通過光場與靜磁場的張量關(guān)系描述，科研人員分析了受激拉曼躍遷的強(qiáng)度與靜磁場的張量關(guān)系，通過測量精密控制偏振的拉曼激光引起的不同塞曼能級間的躍遷強(qiáng)度，測試了噴泉鐘中靜磁場的軸向和徑向投影，實(shí)現(xiàn)了對磁場矢量的遠(yuǎn)程測量。測試精度在軸向達(dá)到毫弧度量級，徑向達(dá)到0.1弧度量級。相關(guān)研究成果發(fā)表于applied physics letters [108,122401(2016)]。
在上述工作的基礎(chǔ)上，科研人員開展了磁場強(qiáng)度由計量到控制的研究。噴泉鐘等裝置對冷原子鑒相區(qū)域的磁場均勻性有非常嚴(yán)苛的要求，但是由于材料、工藝等原因，實(shí)際完成的裝置不能完全滿足設(shè)計期望值的要求。針對磁場的空間波動，科研人員提出磁場動態(tài)補(bǔ)償?shù)霓k法提高原子感受到的磁場均勻性。該方法解決了磁滯效應(yīng)等的影響，并有效抑制了原子飛行時感受的磁場起伏(5nt到0.4nt)，使得相關(guān)效應(yīng)對噴泉鐘不確定度的貢獻(xiàn)降低約一個數(shù)量級。相關(guān)研究成果發(fā)表于review of scientific instruments [89,033110(2018)]。
該方法還被推廣到中科院武漢物數(shù)所的10m噴泉干涉儀。該項目獲得中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xdb21030200)資助。
(原文標(biāo)題：上海光機(jī)所在噴泉鐘磁場評估與計量研究方面取得系列進(jìn)展)