高精细度光学微腔中原子内态的高效制备和优化

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腔量子电动力学(Quantum Electrodynamics,QED)主要研究受限在特定空间,如光学微腔、高品质微波腔等中的原子与光场、电磁场相互作用的量子行为。通过强耦合腔QED系统可以实现原子内态的控制,能够应用于量子纠缠产生、精密测量和量子计算。但是,实现这些工作的基础是要将中性原子俘获在光学微腔中,对腔内单原子的控制能否实现的关键因素在于是否有腔场与原子的强耦合。随着冷原子操控技术的发展,原子可以有效地被冷却到接近绝对零度,人们还可以通过光泵浦效应实现原子的态制备。在腔QED实验系统中,人们可以通过设计光学偶极阱将单个原子长时间俘获在光学腔内。但是受限于光学微腔有限的介入空间,常规的光泵浦制备原子基态的方法的应用受到限制。我们提出了利用对腔镜高透射的同时和原子高激发态相互作用的光场(455 nm,6S1 2?7P3 2)作为泵浦光,把腔内的铯原子通过不同偏振的泵浦光和再泵浦光组合高效制备到特定Zeeman态的方法。通过自制的455 nm半导体激光器,实现了对光学微腔内的原子态(极化)的有效制备。具体工作如下:(1)设计并制作了一套采用Littrow方式反馈的光栅外腔反馈可调谐半导体激光器。波长为455 nm,最大输出功率为50 mW,可稳定锁定在铯原子6S1 2?7P3 2跃迁线。(2)通过制备的455 nm激光结合894 nm的再泵浦光在高精细度光学微腔中实现铯原子的内态制备。建立理论模型,结合实验得出腔内原子的极化率为PD iff=0.7,对应的6S1 2,F(28)4,mF(28)-4态布局数概率为85%。最后实验研究了量子化磁场梯度、455nm泵浦光强度以及泵浦光偏振度对原子极化效率的影响。
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