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王军民教授课题组在铯冷原子系综的单光子跃迁里德堡激发实验研究方面取得进展

信息来源:光电研究所  发布者:  时间:2019-11-22

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9月16日,美国电气和电子工程师协会主办的学术期刊 IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 发表了我校光电研究所、量子光学与光量子器件国家重点实验室王军民教授课题组在铯冷原子系综的单光子跃迁里德堡激发及其应用于静电场测量的实验研究方面所取得的研究进展。该课题组在铯冷原子系综中实现了单光子里德堡激发及其全光学探测,并将其应用于静电场测量中。论文题目为“Single-photon Rydberg excitation and trap-loss spectroscopy of cold cesium atoms in a magneto-optical trap by using of a 319-nm ultraviolet laser system”。里德堡原子是主量子数很高的激发态原子。里德堡原子具有一系列特殊的性质,如巨大的电极化率等,使得里德堡原子对静电场和微波电场极其敏感,这在传感、精密测量以及量子信息处理等方面具有重要意义。对于里德堡原子的探测,实验中大多采用场电离或光电离后进行离子探测的手段,但电离后被破坏的里德堡原子不能被重复使用。该课题组则采用纯光学探测的方法,结合该课题组基于光纤激光器和光纤放大器以及高效激光频率非线性转换技术独立研发的窄线宽319nm波长高功率紫外激光系统[ J. Opt. Soc. Am. B , Vol.33 (2016) p.2020; DOI:10.1364/JOSAB.33.002020],在铯冷原子系综中实现了单光子里德堡激发。单光子里德堡激发可避免多光子里德堡激发过程中原子在中间态的布居以及AC斯塔克频移带来的退相干等问题。该课题组分析并模拟研究了铯原子里德堡态的斯塔克频移对静电场的依赖关系,利用高信噪比的里德堡原子斯塔克光谱对于冷原子系综位置处的静电场进行了测量,并提出了改善静电场测量灵敏度的方案。

 

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图1、319nm紫外激光产生的技术路线及铯原子磁光阱中冷却与俘获的铯冷原子系综的单光子里德堡激发

IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 论文的第一作者为我校光电研究所、量子光学与光量子器件国家重点实验室博士生白建东,通信作者为王军民教授,合作者包括硕士生刘硕、博士生王杰英和何军副教授。目前,该课题组正致力于结合铯原子紫外单光子里德堡激发和光学偶极阱中俘获的铯冷原子系综制备里德堡缀饰基态,以期充分发挥里德堡缀饰基态这一量子资源在电场精密测量方面的优势。

这项工作得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划课题、量子光学与光量子器件国家重点实验室(澳门威利斯人游戏官网)和省部共建极端光学协同创新中心(澳门威利斯人游戏官网)的支持。

论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/8839083; DOI: 10.1109/JSTQE.2019.2941483

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