超冷里德堡原子气体非破坏性高分辨成像

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原子成像技术是实验上研究原子性质最基础和最直观的方法。近年来,里德堡原子因其独特的性质在量子信息和精密测量领域的研究中受到广泛的关注。由于里德堡原子间存在很强的相互作用,原子的激发布居数在空间上存在一定的结构和关联性,所以想要进一步研究里德堡原子的集体性质,就必须对其空间分布进行高分辨的成像研究。一些传统的成像方法如荧光成像和电离成像等大多是破坏性的,即在每次探测的过程中,原子的里德堡态会被破坏,再次测量时需要重新制备里德堡原子,这给实验带来了很大的麻烦。在此背景下,我们提出了一种里德堡非破坏高分辨成像的新方案,称之为相互作用增强型透射成像(IETI)。该方案主要运用了非共振电磁诱导透明效应的机制,将待测的目标原子镶嵌在周围密集排布的辅助原子中。当辅助-目标之间的强相互作用恰好等于辅助原子里德堡能级的失谐量时,此处辅助原子对探测光的吸收率降为零,在空间呈现一个高亮的透射圆环,能够对中心的目标原子进行非破坏成像。我们详细讨论了单和多个目标原子情况下的成像结果,与前人工作做了比较,强调了我们的方案无论在成像的空间分辨率和时间分辨率上都极具优势。为了更好地体现理论方案的实验可行性,我们考虑了目标原子热运动和辅助原子之间相互作用对成像结果的影响,同时对探测信号的信噪比也进行了合理的估值,验证了IETI方案在实验上的可操作性。IETI方案为里德堡原子实时成像提供了新的思路,它有望被用于里德堡原子非破坏超分辨实时成像的实验研究,也为原子微成像技术的发展提供了可靠的理论指导。
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