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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

基于二维磁光阱的增强型^(199)Hg冷原子团制备

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物理学报 2024年第1期73卷 140-148页

作者：余泽鑫刘琪鑫孙剑芳徐震中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

在精密测量领域中,高效地制备冷原子团具有重要的意义.在光晶格钟里,缩短冷原子团的制备时间可以降低Dick噪声,从而提高光晶格钟的稳定性.本文采用二维磁光阱加推送光的构型提高了三维磁光阱在超高真空环境中的装载率,并通过压缩磁光阱... 详细信息

在精密测量领域中,高效地制备冷原子团具有重要的意义.在光晶格钟里,缩短冷原子团的制备时间可以降低Dick噪声,从而提高光晶格钟的稳定性.本文采用二维磁光阱加推送光的构型提高了三维磁光阱在超高真空环境中的装载率,并通过压缩磁光阱技术降低了原子团温度,实现了用于^(199)Hg光晶格钟的增强型冷原子团制备.实验上通过优化三维和二维磁光阱的失谐量和磁场梯度以及推送光的失谐量和功率等参数,将三维磁光阱的^(199)Hg冷原子装载率增强了51倍,提升至3.1×10^(5)s^(–1),然后使用压缩磁光阱技术将^(199)Hg冷原子团的温度降低至45μK,低于多普勒冷却理论温度.这种基于二维磁光阱的增强型冷原子团制备可在超真空环境下实现对三维磁光阱装载率的高增益,有效地缩短了冷原子团的制备时间,同时也降低了原子团的温度,有利于提高光晶格的转移效率,为其他冷原子实验中冷汞原子团制备提供了有效方案.

关键词：汞原子光晶格钟激光冷却二维磁光阱

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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

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

玻色-爱因斯坦凝聚体中周期梯度磁场诱导的拉比振荡

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山西大学学报(自然科学版) 2024年

作者：高乐乐罗焕波李禄山西大学理论物理研究所量子光学与量子光学器件国家重点实验室

本文研究周期梯度磁场作用下，两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学演化。研究方法包括在线性情况下的解析分析和非线性情况下的数值模拟。在线性情况下，通过应用旋波近似，随时间演化的系统波函数能够被解析求解。结果表明凝聚体中两... 详细信息

本文研究周期梯度磁场作用下，两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学演化。研究方法包括在线性情况下的解析分析和非线性情况下的数值模拟。在线性情况下，通过应用旋波近似，随时间演化的系统波函数能够被解析求解。结果表明凝聚体中两个组分的原子在磁场作用下进行拉比振荡，通过调整磁场的梯度和周期能够控制拉比振荡的振幅和振荡周期。在非线性情况下，通过数值求解Gross-Pitaevskii方程发现当非线性较弱时，结果与线性的情况类似。随着非线性强度的增加，系统的共振点发生偏移，基态原子转移到激发态上的比例逐渐下降。本文研究的重点是在共振情况下，通过拉比振荡将基态原子转移到激发态上，从而为进一步研究激发态的动力学特性铺平道路。

关键词：周期调制旋波近似能级跃迁共振点偏移

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用于冷原子实验的一维折射型光束扫描系统

光学学报 2024年第14期44卷 309-315页

作者：冯涛杨鹏飞范青任崇毅张鹏飞李刚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山西太原030006 山西大学极端光学省部共建协同创新中心山西太原030006

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(2... 详细信息

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5μK;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。

关键词：量子光学一维光束扫描系统光学偶极阱冷原子绝热传输

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光学腔辅助动力学晶格中的两组分玻色子

量子光学学报 2024年

作者：张雅丽樊景涛贾锁堂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

本文研究一种由光学腔辅助的两组分晶格玻色子系统。在真空环境下，该玻色气体的两个组分具有完全不同的局域特征，而腔光子会诱导两个组分间的隧穿。利用变分方法和自洽平均场方法，我们系统分析了体系的基态性质，得到了系统在不同参... 详细信息

本文研究一种由光学腔辅助的两组分晶格玻色子系统。在真空环境下，该玻色气体的两个组分具有完全不同的局域特征，而腔光子会诱导两个组分间的隧穿。利用变分方法和自洽平均场方法，我们系统分析了体系的基态性质，得到了系统在不同参数空间下的相图。相图展现出了丰富的量子相，包括莫特绝缘体相、超流相和超辐射超流相等。我们发现在腔光子的辅助下，巡游组分的玻色子会诱导局域组分的玻色子发生超流转变。特别地，在特定参数区间内，组分间相互作用会驱动由莫特绝缘体到超辐射超流的反常量子相变。文章最后我们给出了可行的实验方案。我们的工作丰富了玻色-哈伯德模型的相关物理，并为利用光学腔中的超冷原子模拟凝聚态现象提供了有益的思路。

关键词：量子相变冷原子光学腔光晶格

Pt薄膜衬底H堆叠WS/WSe层间激子的谷极化研究

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山西大学学报(自然科学版) 2024年

作者：王瑶瑶贺金坤裴沃野张桐耀量子光学与光量子器件国家重点实验室山西大学光电研究所极端光学协同创作中心

双层莫尔过渡金属硫族化合物（Transition metal dichalcogenides, TMDCs）可形成周期性的莫尔超晶格，是研究电子关联态和新型激子态的重要研究平台。具有II型能带匹配的转角TMDCs异质结形成的莫尔层间激子，其自旋-能谷自由度不仅能... 详细信息

双层莫尔过渡金属硫族化合物（Transition metal dichalcogenides, TMDCs）可形成周期性的莫尔超晶格，是研究电子关联态和新型激子态的重要研究平台。具有II型能带匹配的转角TMDCs异质结形成的莫尔层间激子，其自旋-能谷自由度不仅能被静电感应、应力、衬底等因素调控，更受到莫尔势的深度调制，共同促进了高度可调谷电子学器件的研究。本文制备了分别位于铂（Pt）薄膜衬底和二氧化硅（SiO2）衬底的H堆叠（60°转角）二硫化钨/二硒化钨（WS2/WSe2）异质结器件。通过低温下对两种衬底的莫尔异质结进行光致发光（Photoluminescence,PL）光谱、光致发光激发（Photoluminescence excitation,PLE）光谱以及谷极化的测试，发现在电荷掺杂可以忽略的情况下，层间激子在Pt衬底上更加局域化，并且其谷极化随激子浓度增加更容易饱和。本项工作中，Pt薄膜作为金属接触的同时也是一种人工引入的缺陷，其对异质结谷极化的影响为以莫尔层间激子为基础的光电子学应用提供了参考。

关键词： H堆叠WS /WSe 层间激子光致发光光谱谷极化

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准二维各向同性激光冷却的光场仿真

光学学报 2024年第3期44卷 155-165页

作者：张孝王鑫王文丽孙远刘亮中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

在各向同性激光冷却原子实验中,光场分布是影响冷原子分布的重要因素,可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构,并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的... 详细信息

在各向同性激光冷却原子实验中,光场分布是影响冷原子分布的重要因素,可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构,并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的光场分布进行了仿真。仿真结果表明,与自由空间光入射相比,激光由光纤入射能够获得更均匀的准二维分布的光场,因此可以通过调节光纤的入射角度及光纤参数,实现对光场均匀度的优化。此外,随着腔体边长的等比放大,腔内光功率密度呈负指数幂衰减。扁平形漫反射腔形状接近二维,在准二维分布的光场和特殊的扁平形腔体结构的作用下,能够获得呈准二维分布的冷原子,在量子传感及量子精密测量领域具有重要的应用前景。

关键词：光场仿真漫反射准二维光场各向同性激光冷却