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Acta Optica Sinica

超冷原子冷却用集成全光纤1064 nm激光系统的研制

谢昱 Xie Yu, 梁昂昂 Liang Ang’ang, 李文文 Li Wenwen, 黄名山 Huang Mingshan, 汪斌 Wang Bin, 刘亮 Liu Liang

Published Jan 1, 2023• 2 citations
Publisher

Abstract

深度冷却是超冷原子制备过程的关键步骤，是探寻极低温度的关键技术。详细阐述了一种用于87Rb原子深度冷却的集成化全光纤1064 nm激光系统的研制方案。激光器采用两级主振荡功率放大的方案，将单一种子源信号进行放大、分束和调控，输出4路具备独立控制的激光，作为制备超冷量子气体的交叉光阱的光源。经测试，激光器在功率、稳定性、噪声等各方面满足原子深度冷却的实验需求。在地面条件下进行的两级深度冷却预实验中，获得了10 nK以下的初步实验结果，这验证了激光器具备实现超冷原子深度冷却所需的全部功能。激光器集成了种子源、放大器和全功能光学平台的功能，其内部模块采用全光纤器件研制，具有集成化、数字化、高稳定、免调试、易维护等优点，经过简易改造能够应用于远程遥控和遥测的超冷原子项目中。

DOI
10.3788/aos221183

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用于冷原子实验的一维折射型光束扫描系统

冯涛 Feng Tao, 杨鹏飞 Yang Pengfei, 范青 Fan Qing +4 more

利用可旋转楔形棱镜（振镜）的光折射效应，实现一维受控的高精度光束扫描系统，并将其用于产生移动的光学偶极阱系统，能够使冷原子在空间内实现大范围绝热转移。光学偶极阱由一束准直的大功率1064 nm激光通过透镜强聚焦形成，其束腰半径为（21.9±0.4） μm。通过设计振镜与透镜之间的距离以及控制振镜的偏转角度，能够使偶极阱束腰在一维方向上实现高精度可控移动，通过设计偶极阱束腰位置移动的加速度形式，能够使偶极阱在22.5 ms内绝热移动7 mm。在平移过程中，光学偶极阱功率起伏为±3.45%，束腰位置在垂直于移动方向上的起伏为共焦参数的±1.7%。利用该系统，可以在30 ms内将原子转移5 mm，原子转移效率大于90.0%，温度变化小于5 μK；当转移时间为45 ms时，原子转移效率达（99.6±4.6）%。通过改善电机响应，最快可在10 ms 内将原子绝热地转移1 mm，原子转移效率为（94.3±3.6）%。该光束扫描系统具有通光孔径大（高斯直径>10 mm）、光损耗极小、噪声低和在移动过程中光频率不变化等优势，能够广泛应用于冷原子及单原子阵列实验中的原子转移和寻址。

Acta Optica Sinica•Jan 1, 2024•1 citation

非平衡超导态的稳定性

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haotian lan

摘要本文提出一个关于能量、光与质能关系的全新元模型本体论框架。框架以“万物皆动”为第一公理,以“时间=度量状态变化的标尺”为认识论锚点,构建“连接-稳定性”(C-H-P)动力学体系。在此框架下,能量不再是标量,而是运动的投影;光被还原为“纯动态能量流(P)”;质能方程E=mc² 中的c² 被证明为“人类以光速为参照系进行测量时,为了消解方向性而作出的数学操作痕迹”。光子被重新定位为“能量流与探测器耦合时涌现的离散化现象”。基于此框架,本文提出一个低成本、判决性的实验方案——“结构几何耦合实验”,用以彻底验证光的本体论归属,并终结物理学界长达百年的“波粒二象性”范畴谬误。关键词:万物皆动;能量本体论;质能方程;波粒二象性;连接-稳定性;判决性实验 [Version Declaration / 版本声明]本预印本包含中文与英文两个版本。中文版本为原始创作版本,英文版本为翻译版本。由于翻译过程中可能存在语义损耗或细微偏差,若中英文版本在解读上出现任何歧义或冲突,请以中文版本作为最终权威依据。本文的全部核心思想、逻辑框架与推导均由作者独立提出。 AbstractThis paper proposes a novel ontological framework for energy and light, grounded in the first axiom that”all things are in motion” and anchored in the epistemological principle that ”time is the measure ofstate change.” A ”connection-stability” (C-H-P) dynamical system is constructed. Within this framework, energy is redefined as a product of the reorganization of connection modes. In its purely dynamicmode, energy is ontologically identical to velocity itself. Light is defined as the directional flow of puredynamic energy. Mass is interpreted as a measure of structural lock-energy. Mass-energy conversion isreduced to the release of structural lock-energy into dynamic velocity energy. The photon is repositionedas an emergent discrete phenomenon arising from the coupling between light and matter, rather than asthe ontological essence of light. Based on this framework, a low-cost, decisive experimental scheme—the”Structural Geometric Coupling Experiment”—is proposed to thoroughly verify the ontological attribution of light and to end the century-long ”wave-particle duality” categorical fallacy in physics.Keywords: all things are in motion; ontology of energy; mass-energy equation; wave-particle duality;connection-stability; decisive experiment [Version and Language Declaration]This preprint includes both Chinese and English versions. The Chinese version is the original text, and the English version is a translation. In the event of any semantic discrepancies, ambiguities, or conflicts between the two versions, the Chinese version shall prevail as the authoritative reference. All core ideas, logical frameworks, and derivations were independently conceived and proposed by the author.

•Sep 18, 2026•0 citations

用于量子传感的非经典光场产生装置

Jing Liu, 中北大学 仪器与电子学院，山西 太原 030000, Wenhai YANG +7 more

光学传感技术具有探测灵敏度高、响应速度快及抗电磁干扰能力强等优势，在微弱信号探测领域展现出广阔的应用前景。然而，随着技术需求的不断提升，传统光学传感手段已难以满足各领域对微弱信号高精度探测的要求。尽管提高激光功率可在一定程度上提升探测灵敏度，但高功率激光会引入显著的噪声，导致信噪比急剧下降。相比之下，利用压缩态光场进行量子传感，可在低激光功率条件下实现突破量子噪声极限的探测灵敏度。针对上述问题，搭建了一套用于制备正交振幅明亮压缩态光场的实验装置。该装置由三个主要部分构成：激光产生部分（包括1064 nm单频激光器与倍频器），压缩态光场产生与探测部分（包括光学参量放大器与平衡零拍探测器），以及反馈控制部分（由7路边带锁频回路构成）。通过优化机械结构、系统光路及反馈控制策略，实现了平均压缩度为（−6.4 ± 0.2）dB，平均光功率为35 μW的压缩态光场稳定输出。

Journal of Applied Optics•Jan 1, 2026•0 citations

光晶格辅助87Rb原子快速深度冷却（特邀）

朱凌晓 Zhu Lingxiao, 梁昌文 Liang Changwen, 王去非 Wang Qufei +2 more

为实现原子干涉仪中原子的快速深度冷却，本文在传统偏振梯度冷却的基础上，构建了基于780 nm一维光晶格辅助的原子深度冷却系统。硬件配置和实验时序更加简单，可在15 ms内实现竖直方向接近亚微开尔文量级的87Rb原子制备，原子温度约为1.16 μK，原子数约为4.04×107。相比原子干涉仪中传统的偏振梯度冷却，冷却效果、原子相干性及条纹信噪比都有明显提升，在未来应用中有望改善量子传感器的测量精度和灵敏度。

Acta Optica Sinica•Jan 1, 2025•0 citations

用于压缩态产生的低损耗氮化硅微环谐振腔制备及测试

白捷仁 Jieren BAI, 周笑艳 Xiaoyan ZHOU, Xueshi Guo +2 more

集成光子芯片为压缩态光场的产生提供了一个可靠和易于扩展的平台。基于低损耗氮化硅微环谐振腔的四波混频过程是产生压缩态光场的重要途径。本文基于氮化硅材料平台，优化了高质量氮化硅薄膜的制备工艺和微环谐振腔的加工过程，制备出多种尺寸和结构的低损耗氮化硅微环谐振腔。通过搭建的测试系统，系统分析了这些微环谐振腔的透射率、耦合状态和品质因子。实验结果表明，所制备的微环谐振腔具有稳定的本征品质因子，其中横截面尺寸为2000 nm′290 nm微环谐振腔的本征品质因子可达1.5′106，对应的波导传输损耗约为0.23 dB/cm。理论计算表明，该结构最优能够产生片上约9 dB的压缩态光场，当考虑总检测效率为40%时，预估可以直接观察到2 dB的压缩态。该研究为片上产生高质量的连续变量压缩态提供了实验基础。

Acta Sinica Quantum Optica•Jan 1, 2025•0 citations
深度冷却是超冷原子制备过程的关键步骤，是探寻极低温度的关键技术。详细阐述了一种用于87Rb原子深度冷却的集成化全光纤1064 nm激光系统的研制方案。激光器采用两级主振荡功率放大的方案，将单一种子源信号进行放大、分束和调控，输出4路具备独立控制的激光，作为制备超冷量子气体的交叉光阱的光源。经测试，激光器在功率、稳定性、噪声等各方面满足原子深度冷却的实验需求。在地面条件下进行的两级深度冷却预实验中，获得了10 nK以下的初步实验结果，这验证了激光器具备实现超冷原子深度冷却所需的全部功能。激光器集成了种子源、放大器和全功能光学平台的功能，其内部模块采用全光纤器件研制，具有集成化、数字化、高稳定、免调试、易维护等优点，经过简易改造能够应用于远程遥控和遥测的超冷原子项目中。
利用可旋转楔形棱镜（振镜）的光折射效应，实现一维受控的高精度光束扫描系统，并将其用于产生移动的光学偶极阱系统，能够使冷原子在空间内实现大范围绝热转移。光学偶极阱由一束准直的大功率1064 nm激光通过透镜强聚焦形成，其束腰半径为（21.9±0.4） μm。通过设计振镜与透镜之间的距离以及控制振镜的偏转角度，能够使偶极阱束腰在一维方向上实现高精度可控移动，通过设计偶极阱束腰位置移动的加速度形式，能够使偶极阱在22.5 ms内绝热移动7 mm。在平移过程中，光学偶极阱功率起伏为±3.45%，束腰位置在垂直于移动方向上的起伏为共焦参数的±1.7%。利用该系统，可以在30 ms内将原子转移5 mm，原子转移效率大于90.0%，温度变化小于5 μK；当转移时间为45 ms时，原子转移效率达（99.6±4.6）%。通过改善电机响应，最快可在10 ms 内将原子绝热地转移1 mm，原子转移效率为（94.3±3.6）%。该光束扫描系统具有通光孔径大（高斯直径>10 mm）、光损耗极小、噪声低和在移动过程中光频率不变化等优势，能够广泛应用于冷原子及单原子阵列实验中的原子转移和寻址。
摘要本文提出一个关于能量、光与质能关系的全新元模型本体论框架。框架以“万物皆动”为第一公理,以“时间=度量状态变化的标尺”为认识论锚点,构建“连接-稳定性”(C-H-P)动力学体系。在此框架下,能量不再是标量,而是运动的投影;光被还原为“纯动态能量流(P)”;质能方程E=mc² 中的c² 被证明为“人类以光速为参照系进行测量时,为了消解方向性而作出的数学操作痕迹”。光子被重新定位为“能量流与探测器耦合时涌现的离散化现象”。基于此框架,本文提出一个低成本、判决性的实验方案——“结构几何耦合实验”,用以彻底验证光的本体论归属,并终结物理学界长达百年的“波粒二象性”范畴谬误。关键词:万物皆动;能量本体论;质能方程;波粒二象性;连接-稳定性;判决性实验 [Version Declaration / 版本声明]本预印本包含中文与英文两个版本。中文版本为原始创作版本,英文版本为翻译版本。由于翻译过程中可能存在语义损耗或细微偏差,若中英文版本在解读上出现任何歧义或冲突,请以中文版本作为最终权威依据。本文的全部核心思想、逻辑框架与推导均由作者独立提出。 AbstractThis paper proposes a novel ontological framework for energy and light, grounded in the first axiom that”all things are in motion” and anchored in the epistemological principle that ”time is the measure ofstate change.” A ”connection-stability” (C-H-P) dynamical system is constructed. Within this framework, energy is redefined as a product of the reorganization of connection modes. In its purely dynamicmode, energy is ontologically identical to velocity itself. Light is defined as the directional flow of puredynamic energy. Mass is interpreted as a measure of structural lock-energy. Mass-energy conversion isreduced to the release of structural lock-energy into dynamic velocity energy. The photon is repositionedas an emergent discrete phenomenon arising from the coupling between light and matter, rather than asthe ontological essence of light. Based on this framework, a low-cost, decisive experimental scheme—the”Structural Geometric Coupling Experiment”—is proposed to thoroughly verify the ontological attribution of light and to end the century-long ”wave-particle duality” categorical fallacy in physics.Keywords: all things are in motion; ontology of energy; mass-energy equation; wave-particle duality;connection-stability; decisive experiment [Version and Language Declaration]This preprint includes both Chinese and English versions. The Chinese version is the original text, and the English version is a translation. In the event of any semantic discrepancies, ambiguities, or conflicts between the two versions, the Chinese version shall prevail as the authoritative reference. All core ideas, logical frameworks, and derivations were independently conceived and proposed by the author.
光学传感技术具有探测灵敏度高、响应速度快及抗电磁干扰能力强等优势，在微弱信号探测领域展现出广阔的应用前景。然而，随着技术需求的不断提升，传统光学传感手段已难以满足各领域对微弱信号高精度探测的要求。尽管提高激光功率可在一定程度上提升探测灵敏度，但高功率激光会引入显著的噪声，导致信噪比急剧下降。相比之下，利用压缩态光场进行量子传感，可在低激光功率条件下实现突破量子噪声极限的探测灵敏度。针对上述问题，搭建了一套用于制备正交振幅明亮压缩态光场的实验装置。该装置由三个主要部分构成：激光产生部分（包括1064 nm单频激光器与倍频器），压缩态光场产生与探测部分（包括光学参量放大器与平衡零拍探测器），以及反馈控制部分（由7路边带锁频回路构成）。通过优化机械结构、系统光路及反馈控制策略，实现了平均压缩度为（−6.4 ± 0.2）dB，平均光功率为35 μW的压缩态光场稳定输出。
为实现原子干涉仪中原子的快速深度冷却，本文在传统偏振梯度冷却的基础上，构建了基于780 nm一维光晶格辅助的原子深度冷却系统。硬件配置和实验时序更加简单，可在15 ms内实现竖直方向接近亚微开尔文量级的87Rb原子制备，原子温度约为1.16 μK，原子数约为4.04×107。相比原子干涉仪中传统的偏振梯度冷却，冷却效果、原子相干性及条纹信噪比都有明显提升，在未来应用中有望改善量子传感器的测量精度和灵敏度。
集成光子芯片为压缩态光场的产生提供了一个可靠和易于扩展的平台。基于低损耗氮化硅微环谐振腔的四波混频过程是产生压缩态光场的重要途径。本文基于氮化硅材料平台，优化了高质量氮化硅薄膜的制备工艺和微环谐振腔的加工过程，制备出多种尺寸和结构的低损耗氮化硅微环谐振腔。通过搭建的测试系统，系统分析了这些微环谐振腔的透射率、耦合状态和品质因子。实验结果表明，所制备的微环谐振腔具有稳定的本征品质因子，其中横截面尺寸为2000 nm′290 nm微环谐振腔的本征品质因子可达1.5′106，对应的波导传输损耗约为0.23 dB/cm。理论计算表明，该结构最优能够产生片上约9 dB的压缩态光场，当考虑总检测效率为40%时，预估可以直接观察到2 dB的压缩态。该研究为片上产生高质量的连续变量压缩态提供了实验基础。