1 西安理工大学 电气工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安理工大学 陕西省超快光电技术与太赫兹科学重点实验室, 陕西 西安 710048
3 西安理工大学 应用物理系, 陕西 西安 710048
里德堡(Rydberg)原子具有极大的极化率和电偶极矩, 并对外电场十分敏感, 因此可利用 Rydberg原子的量子干涉效应实现微波和太赫兹场的高精确度、自校准测量, 基于 Rydberg原子对太赫兹波频率上转换效应可实现太赫兹波段的实时成像。本文回顾了利用 Rydberg原子的电磁诱导透明效应和 Autler-Townes分裂现象实现对微波和太赫兹场的高精确度探测的研究进展, 以及 Rydberg原子在快速太赫兹成像方面的研究。
Rydberg原子 电磁诱导透明 太赫兹波 微波 太赫兹成像 Rydberg atom Electromagnetically Induced Ttransparency(EIT) THz wave microwave THz imaging 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(2): 125
原子极化率反映了原子体系对外场的响应程度。里德伯原子具有非常大的极化率, 使得里德伯原子在量子态的外场操控以及微波场强测量方面具有很大的应用前景。极化率的测量准确度将为外场的精密测量奠定理论基础。本文利用电磁诱导透明技术, 实现了铯50D里德伯态原子极化率的测量。实验中基于阶梯型电磁诱导透明光谱, 首先测量了铯原子50D态的AC-Stark效应, 并研究了原子能级光谱分裂间隔与场强的关系, 推算得到了张量极化率与标量极化率的实验测量值。其实验测量值与计算值进行对比, 两者基本吻合。里德伯态极化率的测量研究为电场对能级的调控以及对射频场电场强度的精密测量提供了保障。
里德伯原子 精细结构 电磁诱导透明 极化率 Rydberg atom fine structure electromagnetically induced transparency polarizability
国防科技大学电子科学学院电子科学系，湖南 长沙 410073
碱金属原子气室是原子电场计、原子陀螺仪、磁力计、原子钟等原子传感器的基础核心部件，在气室玻壳上进行光路集成是实现原子传感器小型化的有效途径之一。本文针对原子传感器中光学元器件分立、光利用率不高的问题，基于广义斯涅耳定律和等效介质理论，设计了一种超表面结构，可实现不同波长激光的光束分离和高效透过，与原子气室集成，便于透过原子气室的光信号检测和后续处理，提高原子传感器的集成度和便携性，为其小型化提供可行性方案。以双光子激发制备铯里德堡原子为例，使用FDTD软件进行仿真分析，结果表明，超表面结构对510 nm耦合光偏折角约为6°，对852 nm探测光基本不产生影响，两束激光的透过率均在96.3%以上。
超表面 光束偏折 原子气室 里德堡原子 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1124001
1 华北电力大学数理系，河北 保定 071003
2 华北电力大学机械工程系，河北 保定 071003
基于光和物质相互作用的密度矩阵方程理论，研究了双光场作用下里德伯原子的瞬态吸收特性。当耦合场较弱时，探测吸收随时间增加到最大值后，再单调递减至零；随着耦合场拉比频率的增加，探测吸收的最大值增大；当拉比频率增加到一定程度时，吸收峰值逐渐减小，吸收随时间延长出现振荡。当耦合场拉比频率取值合适时，出现明显的负吸收现象。通过分析粒子数布居及相干项随时间的演变可知，耦合、探测场共同作用引起的相干项导致了负吸收现象的出现。
原子与分子物理学 非线性光学 密度矩阵方程 里德伯原子 负吸收 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1102001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Shanghai 200062, China
2 NYU-ECNU Institute of Physics at NYU Shanghai, Shanghai 200062, China
Light bullets (LBs) are localized nonlinear waves propagating in high spatial dimensions. Finding stable LBs and realizing their control are desirable due to the interesting physics and potential applications. Here, we show that nonlocal LBs generated in a cold Rydberg atomic gas via the balance among the dispersion, diffraction, and giant nonlocal Kerr nonlinearity contributed by long-range Rydberg-Rydberg interaction can be actively manipulated by using a weak gradient magnetic field. Nonlocal LBs are generated by a balance among dispersion, diffraction, and large nonlocal Kerr nonlinearities contributed by long-range Rydberg-Rydberg interactions. Here, we find that active manipulation can be achieved by weak gradient magnetic fields in cold Rydberg atomic gases. Especially, the LBs may undergo significant Stern–Gerlach deflections, and their motion trajectories can be controlled by adjusting the magnetic-field gradient. The results reported here are helpful not only for understanding unique properties of LBs in nonlocal optical media but also for finding ways for precision measurements of magnetic fields.
nonlinear optics optical soliton Rydberg atom Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 041902
1 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，山西 太原 030006
2 极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
在室温铯原子蒸汽中制备42D态里德伯原子，并基于里德伯原子的电磁诱导透明光谱实现了工频电场的测量。实验中利用双光子激发方式制备了42D态里德伯原子，通过改变耦合光频率获得了阶梯型电磁诱导透明光谱。研究了里德伯原子在射频（RF）电场作用下的光谱频移和分裂与RF电场幅度和频率的关系。采用将工频电场幅度调制到RF电场的方式，实现了对工频电场强度和频率的测量。研究结果对工频电场的在线可溯源测量具有重要的参考价值和意义。
激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1702002
1 北京无线电测量研究所,北京 100854
2 太原卫星发射中心,山西 太原 030027
本文分别综述了基于热原子、冷原子体系的微波场测量的研究进展,以及基于纠缠原子的高灵敏微波电场测量的最新结果。文中详细介绍了基于原子的微波场测量与实验进展,内容主要包括:热原子样品中,利用里德堡原子的电磁感应透明效应和Autler-Townes效应,实现微波电场的场强测量和微波电场空间分布特征的亚波长空间高分辨率成像。冷原子样品中,介绍了相邻里德堡态与微波的相干耦合强度受微波功率的影响,以及通过铷原子基态超精细能级与微波相干耦合振荡,实现基于原子的新型微波功率标准的研究。此外,利用冷原子探针实现微米级空间分辨率的二维微波场场强分布测量。最后我们对采用原子的量子纠缠态提高微波场强探测灵敏度的技术方案进行了讨论,量子纠缠的引入将有望使微波探测的灵敏度突破标准量子极限,获得优于传统雷达探测灵敏度的测量结果。
里德堡原子 冷原子 纠缠原子 微波场测量 Rydberg atom cold atom quantum entanglement microwave field measurement
长春大学理学院材料设计与量子模拟实验室, 吉林 长春 130022
对量子化的探测场在一维超冷里德伯原子样品中的传播特性进行研究。基于偶极阻塞效应,四能级原子的稳态电磁感应透明(EIT)光谱表现出典型的单光子水平的非线性现象:未饱和之前,探测场透射率和光子关联依赖于探测场强度。调整两个经典控制场的单光子失谐,能够实现对非线性EIT行为的灵活操控。通过改变拉比频率比例,可观察到四能级原子系统到三能级梯形原子系统的非线性EIT转变。
量子光学 相干光学效应 电磁感应透明 偶极阻塞效应 光子关联 里德伯原子
为解决原子Rydberg态的数值计算问题,提出一种改进的Numerov算法.利用此算法计算了H原子n=10,20,……90,100各Rydberg态的能级值和平均半径,并与严格理论值进行了比较.研究结果表明,通过选择适当的Numerov格式,可得到所要求精度的能级和波函数.这为Rydberg原子的进一步研究提供了有效的计算方法.
Rydberg原子 数值解 Numerov格式 Rydberg atom Digital calculation Numerov algorithm 原子与分子物理学报
2002, 19(3): 316
