1 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 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
将激光器的输出频率锁定于合适的参考频率上,可以有效地提高激光器的频率稳定度, 抑制激光器的频率起伏, 实现激光稳频。本文中, 我们在室温铯原子气室中研究了基于6S1/2-6P3/2-70S1/2阶梯型三能级系统的双色偏振光谱(TCPS), 并利用该TCPS实现了无调制激光稳频。实验中, 852 nm线偏振光作为探测光, 激光频率共振于6S1/2(F=4)→6rmP3/2(F'=5)跃迁线, 509 nm圆偏振光作为耦合光, 激光频率在6P3/2(F'=5)→70S1/2跃迁线附近扫描。圆偏振耦合光泵浦原子布居于不同Zeeman态, 实现介质各向异性。通过偏振光场对各向异性的原子介质的探测获得了里德堡态的TCPS。利用该里德堡态TCPS, 我们实现509nm激光对应于铯原子6P3/2 (F'=5)→70S1/2跃迁线的频率锁定。该TCPS提供了一种无调制的技术, 可用于多种里德堡态匹配的激光系统锁频, 对基于里德堡态精密测量有重要意义。
铯原子 里德堡态 双色偏振谱 稳频 Cesium atom Rydberg state two-color polarization spectrum frequency stabilization 量子光学学报
2023, 29(3): 031001
Author Affiliations
Abstract
1 East China Normal University, State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Shanghai, China
2 Ludwig-Maximilians-Universität Munich, Department of Physics, Garching, Germany
3 Max Planck Institute of Quantum Optics, Garching, Germany
4 Shanxi University, Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Taiyuan, China
5 CAS Center for Excellence in Ultra-Intense Laser Science, Shanghai, China
Multiphoton resonant excitation and frustrated tunneling ionization, manifesting the photonic and optical nature of the driving light via direct excitation and electron recapture, respectively, are complementary mechanisms to access Rydberg state excitation (RSE) of atoms and molecules in an intense laser field. However, clear identification and manipulation of their individual contributions in the light-induced RSE process remain experimentally challenging. Here, we bridge this gap by exploring the dissociative and nondissociative RSE of H2 molecules using bicircular two-color laser pulses. Depending on the relative field strength and polarization helicity of the two colors, the RSE probability can be boosted by more than one order of magnitude by exploiting the laser waveform-dependent field effect. The role of the photon effect is readily strengthened with increasing relative strength of the second-harmonic field of the two colors regardless of the polarization helicity. As compared to the nondissociative RSE forming H2 * , the field effect in producing the dissociative RSE channel of ( H + , H * ) is moderately suppressed, which is primarily accessed via a three-step sequential process separated by molecular bond stretching. Our work paves the way toward a comprehensive understanding of the interplay of the underlying field and photon effects in the strong-field RSE process, as well as facilitating the generation of Rydberg states optimized with tailored characteristics.
Advanced Photonics
2023, 5(1): 016002
结合共振激发和场电离探测技术, 通过总角动量量子数0→1→0→1的激发路径, 研究了第一电离阈附近的Sm原子奇宇称Rydberg态4f66snp(J=1)。首先, 在45 200~45 500 cm-1能量范围内共发现了94个奇宇称Rydberg能级。其次, 通过对有效量子数和Rydberg能级结构特点的分析, 将其中68个能级归属为3个束缚Rydberg系列, 另外26个能级也给出了能级位置。然后, 利用Rydberg-Ritz公式, 对3个Rydberg系列分别进行了拟合, 获得了Sm原子的电离阈为（45 519.61±0.79) cm-1。最后, 采用6种偏振组合激发, 由偏振选择定则, 进一步验证了这些奇宇称Rydberg态总角动量量子数为1。这些结果首次证实了场电离探测技术对Sm原子高激发Rydberg态的适用性, 并且通过对奇宇称Rydberg系列拟合得到的Sm原子电离阈与文献中通过偶宇称Rydberg系列获得的值（45 519.64±1.39) cm-1基本一致。
Sm原子 奇宇称 Rydberg态 场电离 偏振光谱 samarium atom odd-parity Rydberg state field ionization polarization spectra
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
3 山西大学 物理电子工程学院,山西 太原 030006
本文利用Rydberg阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱实现了509 nm倍频激光器的无调制频率锁定。我们在实验中使用852 nm激光和509 nm激光在铯原子蒸汽池中构成阶梯型三能级体系,852 nm激光器的频率锁定在铯原子6S1／2→6P3／2共振跃迁线上,509 nm激光在铯原子激发态6P3／2→62D5／2 Rydberg态的跃迁频率附近扫描获得了Rydberg态的电磁诱导透明光谱。利用852 nm半导体激光器的频率调制作为参考信号,对探测的电磁诱导透明光谱信号进行解调得到误差信号,实现了509 nm激光器的频率锁定。通过分析误差信号的频谱,对伺服电路的低频和高频反馈参数进行优化,获得的最佳锁定线宽约为533 kHz,最小阿伦方差达到15×10-11。
电磁诱导透明光谱 Rydberg态 频率锁定 electromagnetically induced transparency spectra Rydberg state frequency locking
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
本文提供了一种全新的基于俘获损耗荧光光谱技术的里德堡态原子布局测量的方法。相比于场电离光谱该方法可以实现对里德堡态原子数的非破坏测量。利用该方法我们测量了47D5／2和47D3／2里德堡态原子数与里德堡激发光功率的关系, 并使用三能级系统的布洛赫方程对实验结果进行了拟合。通过比较实验和理论结果, 我们发现当激发光功率超过40 μW时, 随着激发光光强的变大47D里德堡态原子数目的增加偏离理论预计, 出现了激发阻塞现象。
俘获损耗光谱 超冷原子 里德堡态 激发阻塞 trap loss spectroscopy ultracold atoms Rydberg state excitation suppression
武汉理工大学理学院物理系, 湖北 武汉 430070
利用动力学蒙特卡罗方法计算了里德堡态铷原子的偶极阻塞效应,分析了主量子数和激光 功率对偶极阻塞效应的影响。随着主量子数、激光功率增加,偶极阻塞效应随之增强。激光 功率足够高时,被激发到里德堡态的原子将趋于饱和。结果表明:通过选择铷原子里德堡态 能级和调节激光功率可以操控里德堡原子的偶极阻塞效应,这在制作量子比特及量子信息处 理等方面有重要的应用。
量子光学 偶极阻塞 蒙特卡罗法 里德堡态 quantum optics dipole blockade Monte Carlo method Rydberg state
武汉大学物理科学与技术学院, 湖北 武汉 430072
结合数值参数优化有效势模型与拟谱-分裂算符方法,研究了强激光场下碱金属原子气的 高次谐波产生过程。基于参数优化有效势特点对演化矩阵进行了处理,保证了演化过程中含时波函数 与闭壳层轨道的正交性。选取波长为3038 nm、强度约1013 W/cm2的中红外激光场作为驱动场,计算了锂、 钠、钾原子的高次谐波谱。研究了长激光脉宽下里德伯态钠原子束缚态跃迁峰对谐波产生的贡献,结果表 明里德伯态与基态的共振会使低阶谐波的强度增加一个量级,验证了该方法描述含时演化过程中电子重俘获过程的可靠性。
非线性光学 高次谐波 有效势 碱金属原子 中红外激光 里德伯态钠原子 nonlinear optics high-harmonics effective potential alkaline metal atoms mid-infrared laser Rydberg state sodium atom
介绍了量子物理学的发展以及科学家在探索、构建与控制单量子系统方面的努力与成就。同时结合2012年诺贝尔物理学奖的工作,对量子物理学的研究在未来量子技术的开拓,包括量子通信、量子计算机、原子干涉仪与陀螺仪、量子计量学等方面的内容进行系统阐述。
薛定谔猫态 量子技术 原子里德堡态 原子钟 Schrodinger's cat quantum technology atomic Rydberg state atomic clock
1 天津理工大学 理学院, 天津 300384
2 显示技术与光电器件教育部重点实验室, 天津 300384
利用三步激光共振激发结合场电离探测技术, 系统地研究了铕原子归属于第一电离限4f76s 9S4的4f76snp Rydberg态的场电离过程, 得到了铕原子 4f76snp Rydberg 态的场电离光谱图。在光激发之后施加脉宽为0.2 μs的脉冲电场, 连续扫描电压得到场电离过程图。从4f76snp Rydberg态的场电离过程图谱中, 可以精确地获得态的场电离阈, 观察电场逐步从0到3 kV变化时原子的演化过程。特别是, 受黑体辐射的影响, 一些结构出现在了场电离光谱图上。
铕原子 Rydberg态 场电离 场电离阈 Eu atom Rydberg state field ionization ionization threshold
