光与原子纠缠存储寿命与磁场噪声关系的实验研究
发布时间：2022-02-04 20:12
在冷原子系综中,利用自发拉曼散射过程产生光与原子纠缠,测量了恢复效率随存储时间的关系。实验结果显示在没有施加轴向磁场时的存储寿命仅仅只有40μs。而在施加轴向磁场的情况下,存储时间在50μs以后甚至在400μs时都可以测量到明显的恢复信号,存储寿命明显高于100μs,远高于未施加轴向磁场时的情况。对这个实验现象进行分析认为:原子所处的环境中存在磁场噪声的影响,当没有轴向磁场时,噪声会扰乱自旋波信号的相位;当有轴向磁场时,磁场噪声对自旋波相位的影响便被抑制了。
【文章来源】：量子光学学报. 2020,26(01)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验装置
我们利用磁光阱技术来俘获87Rb冷原子团,冷却光经过放大后,耦合到单模光纤输出并且分为六束,频率锁定在|5S1/2,F=2→5P3/2,F′=3〉跃迁负失谐-20 MHz处,其中每束光的功率均为15 mW。再泵浦光的频率锁定在|5S1/2,F=1→5P3/2,F′=1〉共振跃迁线上,功率为12 mW。冷却光和再泵浦光在原子处的光斑直径均为4 cm,其中六束冷却光两两对打分为三组,从六个方向交汇在矩形反亥姆霍兹线圈的磁场中心,再泵浦光汇入其中一组冷却光中,最终俘获到的冷原子团温度达到约200 μK,光学厚度为20。实验所用的能级图如图2所示,87Rb冷原子团初始时刻被制备到|5S1/2=1,F=1〉基态能级上,在各子能级上均匀分布。两个态制备光的锁定频率分别为|5S1/2,F=2〉→|5P1/2,F′=1〉和|5S1/2,F=2〉→|5P1/2,F′=2〉且相互正交,两束光在原子处的光斑直径均为5 mm,功率都为10 mW。首先写光为右旋圆偏振光,作用在|5S1/2,F=1〉→|5P1/2,F′=2〉跃迁正失谐20 MHz处与原子系综相互作用,由于自发拉曼散射过程激发出斯托克斯光子,并且在原子系综中存储一段自旋波,激发出的光子经过采集光路,使用一个四分之一波片和一个棱镜,来提取其σ-偏振的光子,对应原子系综中形成的两种自旋波S0,2和S-1,1。经过一段存储时间之后,再发出一束为右旋圆偏振光的读光,锁定频率在|5S1/2,F′=2〉→|5P1/2,F=1〉共振跃迁线上,读取存储在原子系综中的这两种自旋波,功率为1.3 mW同样使用一个四分之一波片和一个棱镜来读取其对应偏振的反斯托克斯光子。
对于实验的运行,我们采用NI公司的6713时序板卡来对MOT进行开关控制,所用的时序图如图3所示,制备冷原子MOT的重复频率为20 Hz,在42 ms内用来开启MOT并俘获原子。随后的8 ms内进行多次实验循环,循环过程通过FPGA模块来控制,每个循环包括写过程、读过程和态清洗过程三个阶段,其中写过程的脉冲宽度为70 ns,读脉冲的宽度为80 ns,态清洗光脉冲宽度为200 ns。实验流程为:脉冲宽度为70 ns的写光脉冲作用在冷原子系综上,原子激发出斯托克斯光子并同时产生自旋波存储在原子系综中。自旋波在原子系综中存储一段时间也就是图中的Δt,再发出80 ns脉宽的读光与原子发生作用,将自旋波读出。图4 恢复效率随存储时间的变化曲线 (a)(b)(c)和(d)分别对应B0=0 mG,10 mG,
本文编号：3613867
【文章来源】：量子光学学报. 2020,26(01)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验装置
我们利用磁光阱技术来俘获87Rb冷原子团,冷却光经过放大后,耦合到单模光纤输出并且分为六束,频率锁定在|5S1/2,F=2→5P3/2,F′=3〉跃迁负失谐-20 MHz处,其中每束光的功率均为15 mW。再泵浦光的频率锁定在|5S1/2,F=1→5P3/2,F′=1〉共振跃迁线上,功率为12 mW。冷却光和再泵浦光在原子处的光斑直径均为4 cm,其中六束冷却光两两对打分为三组,从六个方向交汇在矩形反亥姆霍兹线圈的磁场中心,再泵浦光汇入其中一组冷却光中,最终俘获到的冷原子团温度达到约200 μK,光学厚度为20。实验所用的能级图如图2所示,87Rb冷原子团初始时刻被制备到|5S1/2=1,F=1〉基态能级上,在各子能级上均匀分布。两个态制备光的锁定频率分别为|5S1/2,F=2〉→|5P1/2,F′=1〉和|5S1/2,F=2〉→|5P1/2,F′=2〉且相互正交,两束光在原子处的光斑直径均为5 mm,功率都为10 mW。首先写光为右旋圆偏振光,作用在|5S1/2,F=1〉→|5P1/2,F′=2〉跃迁正失谐20 MHz处与原子系综相互作用,由于自发拉曼散射过程激发出斯托克斯光子,并且在原子系综中存储一段自旋波,激发出的光子经过采集光路,使用一个四分之一波片和一个棱镜,来提取其σ-偏振的光子,对应原子系综中形成的两种自旋波S0,2和S-1,1。经过一段存储时间之后,再发出一束为右旋圆偏振光的读光,锁定频率在|5S1/2,F′=2〉→|5P1/2,F=1〉共振跃迁线上,读取存储在原子系综中的这两种自旋波,功率为1.3 mW同样使用一个四分之一波片和一个棱镜来读取其对应偏振的反斯托克斯光子。
对于实验的运行,我们采用NI公司的6713时序板卡来对MOT进行开关控制,所用的时序图如图3所示,制备冷原子MOT的重复频率为20 Hz,在42 ms内用来开启MOT并俘获原子。随后的8 ms内进行多次实验循环,循环过程通过FPGA模块来控制,每个循环包括写过程、读过程和态清洗过程三个阶段,其中写过程的脉冲宽度为70 ns,读脉冲的宽度为80 ns,态清洗光脉冲宽度为200 ns。实验流程为:脉冲宽度为70 ns的写光脉冲作用在冷原子系综上,原子激发出斯托克斯光子并同时产生自旋波存储在原子系综中。自旋波在原子系综中存储一段时间也就是图中的Δt,再发出80 ns脉宽的读光与原子发生作用,将自旋波读出。图4 恢复效率随存储时间的变化曲线 (a)(b)(c)和(d)分别对应B0=0 mG,10 mG,
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