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基于微尺度光学偶极阱的一维单原子阵列的实验制备

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物理学报 2024年第10期73卷 136-142页

光学偶极阱俘获的中性原子阵列是多体物理、量子计算、量子模拟等领域的重要实验平台.本文详细介绍了制备包含40个铯原子的一维均匀单原子阵列的实验过程,包括偶极阱阵列的产生装置、原子阵列荧光成像以及偶极阱阵列均匀性优化.偶极阱... 详细信息

光学偶极阱俘获的中性原子阵列是多体物理、量子计算、量子模拟等领域的重要实验平台.本文详细介绍了制备包含40个铯原子的一维均匀单原子阵列的实验过程,包括偶极阱阵列的产生装置、原子阵列荧光成像以及偶极阱阵列均匀性优化.偶极阱阵列的非均匀性主要是由声光偏转器(AOD)衍射效率的非线性和多频率射频信号在功率放大过程中的互调效应引起.测量偶极阱光强和受俘获原子光频移的起伏并反馈优化施加于AOD多频率射频信号的相位和振幅,将偶极阱阵列的强度均匀性优化为2%.另外,实验测量了偶极阱阵列内原子的振荡频率、装载率和寿命的均匀性.结果显示,振荡频率均匀性为2%;单原子平均装载率为58%,阱中原子的光谱一致性为3%;单原子暗阱平均寿命约为6(1) s,不同原子寿命的起伏为8%.

关键词：量子计算原子阵列声光偏转器互调

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基于里德伯原子天线的低频电场波形测量

物理学报 2024年第7期73卷 82-89页

作者：张学超乔佳慧刘瑶苏楠刘智慧蔡婷何军赵延霆王军民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030006 山西大学物理电子工程学院太原030006 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学省部共建极端光学协同创新中心太原030006

里德伯原子的高极化率可以实现电磁场的多维度参数测量.本文利用室温里德伯原子构建原子天线,基于原子天线将低频电场幅度信息转化为强度信息,从而实现低频电场的参数测量.实验采用双光子激发制备铯原子里德伯态,通过阶梯型电磁感应透明... 详细信息

里德伯原子的高极化率可以实现电磁场的多维度参数测量.本文利用室温里德伯原子构建原子天线,基于原子天线将低频电场幅度信息转化为强度信息,从而实现低频电场的参数测量.实验采用双光子激发制备铯原子里德伯态,通过阶梯型电磁感应透明(electromagnetically induced transparency,EIT)光谱实现里德伯原子量子态的检测,基于内置电极技术在室温原子气室导入k Hz频段低频电场.电场中里德伯原子的Stark频移会在EIT过程导致双光子失谐,从而引起EIT光谱频移和强度变化.在弱电场条件下,EIT光谱频移可以忽略,EIT透射强度与输入低频电场强度近似为线性关系,基于该效应可以实现低频电场的波形、幅度、频率等参数测量.

关键词：里德伯原子电磁感应透明光谱低频电场波形

地基引力波探测激光干涉仪的真空残余气体噪声分析

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物理学报 2024年第5期73卷 59-68页

作者：郭禧庆周静王晨曦秦琛郭成哲李刚张鹏飞张天才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030006 山西大学极端光学省部共建协同创新中心太原030006

引力波是时空弯曲产生的涟漪波动.引力波探测对促进人类认识自然和科学技术进步均具有深远意义.由于引力波信号非常微弱,地基引力波探测器需要超高真空环境来保证激光干涉仪的稳定运行.本文阐述了残余气体噪声对地基引力波探测装置灵敏... 详细信息

引力波是时空弯曲产生的涟漪波动.引力波探测对促进人类认识自然和科学技术进步均具有深远意义.由于引力波信号非常微弱,地基引力波探测器需要超高真空环境来保证激光干涉仪的稳定运行.本文阐述了残余气体噪声对地基引力波探测装置灵敏度的影响,并从第三代地基引力波探测原型机和全尺寸装置的真空系统设计出发,通过理论分析和模拟,给出真空系统压强、环境温度、残余气体质量和种类、测试质量的曲率半径等因素对引力波探测灵敏度的影响.这为引力波探测原型机和全尺寸装置的真空系统设计和建设提供了重要的理论依据.

关键词：引力波探测光学干涉仪真空残余气体噪声

基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究

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物理学报 2024年第1期73卷 193-200页

作者：杨家齐赵刚焦康高健闫晓娟赵延霆马维光贾锁堂山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学协同创新中心太原030006

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈... 详细信息

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性,利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考,基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定.经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz,压窄激光线宽的同时稳定了激光频率,将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h.其中,为了获取长时间稳定的光学反馈,基于PDH技术获取了误差信号,用于对反馈相位的实时伺服控制.

关键词：激光频率锁定中红外激光线宽压窄光学反馈

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双端腔Ⅱ类倍频产生四组份纠缠光场

物理学报 2024年第7期73卷 178-185页

作者：郝景晨杜培林孙恒信刘奎张静杨荣国郜江瑞山西大学物理电子工程学院太原030006 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学光电研究所太原030006

量子纠缠是执行量子计算和构建量子通信网络的关键资源,制备与操控纠缠态光场是实现量子信息处理的基础要素.本文提出了利用双端光学腔倍频产生四组份纠缠态的理论模型,从耦合波方程出发得到Ⅱ类倍频过程的传输矩阵,通过腔内自再现方程... 详细信息

量子纠缠是执行量子计算和构建量子通信网络的关键资源,制备与操控纠缠态光场是实现量子信息处理的基础要素.本文提出了利用双端光学腔倍频产生四组份纠缠态的理论模型,从耦合波方程出发得到Ⅱ类倍频过程的传输矩阵,通过腔内自再现方程和输入输出传输矩阵理论研究了输出的两束倍频光的噪声特性;对于两束倍频光和两束基频泵浦场,利用多组份纠缠光场的充分必要判据PPT方法(positivity under partial transposition criterion)分析了最小辛本征值与泵浦功率及分析频率之间的关系,研究结果表明基频泵浦光与倍频光之间存在四组份纠缠.

关键词：量子纠缠双端光学腔光学倍频

耦合谐振系统中基于Fano共振的光学压力传感器

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物理学报 2024年第8期73卷 131-137页

作者：陈召马昕新李童王艺霖北京化工大学数理学院北京100029 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030006

光学压力传感器在微小形变检测、环境监测以及医学领域等方面具有非常重要的作用.然而,外加压力与谐振腔形变前后的光学响应之间的定量关系很难获得.本文提出了一种基于金属-介质-金属波导的耦合谐振腔系统用于实现光学压力传感器.利用... 详细信息

光学压力传感器在微小形变检测、环境监测以及医学领域等方面具有非常重要的作用.然而,外加压力与谐振腔形变前后的光学响应之间的定量关系很难获得.本文提出了一种基于金属-介质-金属波导的耦合谐振腔系统用于实现光学压力传感器.利用有限元方法对该系统的力学特性以及受力前后的光学传输特性进行详细分析.仿真结果显示谐振腔的最大形变量与所施压力呈简单的线性关系.给出了光学压力传感器灵敏度的直接定义,并基于条形腔与槽形腔耦合产生的Fano共振现象,获得了灵敏度为6.75 nm/MPa的光学压力传感器件.除此之外,添加了stub谐振腔,获得了双Fano共振现象,且随着外部压力的变化,两个Fano线型表现出不同的变化规律;特别地,合适的压力数值可使得双Fano共振变成单Fano共振.该结构的特点适用于不同压力下的光学性质变化检测、化学高压实验测量和化学反应动力学过程的研究.

关键词：表面等离激元金属-介质-金属波导光学压力传感器 Fano 共振

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随机两体耗散诱导的非厄米多体局域化

物理学报 2024年第7期73卷 300-306页

作者：刘敬鹄徐志浩山西大学理论物理研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学协同创新中心太原030006

本文数值研究了在一维非厄米的硬核玻色模型中由随机两体耗散诱导的非厄米多体局域化现象.随着无序强度的增强,系统的能谱统计分布从AI■对称类向二维泊松系综过渡,多体本征态的归一化参与率展示了从有限值到接近零的转变,半链纠缠熵服... 详细信息

本文数值研究了在一维非厄米的硬核玻色模型中由随机两体耗散诱导的非厄米多体局域化现象.随着无序强度的增强,系统的能谱统计分布从AI■对称类向二维泊松系综过渡,多体本征态的归一化参与率展示了从有限值到接近零的转变,半链纠缠熵服从体积律到面积律的转变,动力学半链纠缠熵表现为从线性增长到对数增长的转变.数值结果表明,在该模型中由随机两体耗散诱导的非厄米多体局域化现象的鲁棒性.该研究结果为非厄米系统中多体局域化的研究提供了新的视角.

关键词：无序非厄米随机矩阵理论多体局域化

利用非线性损耗提升全固态单频激光器输出功率研究进展(特邀)

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红外与激光工程 2024年第1期53卷 31-42页

作者：卢华东李佳伟靳丕铦苏静彭堃墀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山西太原030006 山西大学极端光学协同创新中心山西太原030006

全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需... 详细信息

全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求,因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率,而这将使激光器内部增益提高,在腔内损耗不变的情况下,原非振荡模式也将满足起振条件,从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外,激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗,使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下,谐振腔内的模式被更进一步的选择,从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制,从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级,且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗,全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时,其应用范围也得到了进一步的推广。

关键词：全固态激光器非线性损耗单频高功率

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具有平带的一维十字型晶格中重返局域化现象

物理学报 2024年第3期73卷 236-242页

作者：陆展鹏徐志浩山西大学理论物理研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学协同创新中心太原030006

数值研究了在具有平带的一维十字型晶格中引入准周期调制所诱导的重返局域化现象.当参数Δ≠0时,此平带系统等价于存在一个双频率调制的行为.通过数值求解分形维度、平均逆参与率、平均归一化参与率等序参量证明了在一维十字型晶格中随... 详细信息

数值研究了在具有平带的一维十字型晶格中引入准周期调制所诱导的重返局域化现象.当参数Δ≠0时,此平带系统等价于存在一个双频率调制的行为.通过数值求解分形维度、平均逆参与率、平均归一化参与率等序参量证明了在一维十字型晶格中随着调制强度的增加会经历2次局域转变,即发生第1次局域化转变进入完全局域相后,继续增加调制强度,一些局域态重新恢复成了退局域化态,进一步增加调制强度,系统将再次进入完全局域化相.最后给出了局域化相图.当参数Δ=0时,此系统仅存在单频率调制.通过解析和数值求解证明了,系统存在解析的迁移率边,但不存在重返局域化.该研究结果为平带系统中重返局域化的研究提供了参考,也为重返局域化的研究提供了新的视角.

关键词：无序迁移率边局域化

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