Enabling atom-clad waveguide operation in a microfabricated alkali vapor-photonic integrated circuit
Joint Quantum Institute, NIST/University of Maryland(联合量子研究所,NIST/马里兰大学);National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);University of Colorado Boulder(科罗拉多大学博尔德分校)
该研究展示了一种微fabricated碱金属蒸汽-光子集成电路,通过硅氮化物光子集成电路与硼硅蒸汽细胞和药丸型rubidium供料器的集成,实现了紧凑、可制造且可扩展的原子蒸汽-光子系统,用于量子光学和原子传感器的应用。
2025-12-22 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Optical Memory in a Microfabricated Rubidium Vapor Cell
该研究利用微加工铷蒸气室在超精细帕申-巴克体系中实现了高带宽光学存储器,通过特斯拉级磁场实现多普勒展宽介质中的跃迁寻址,在80纳秒存储时间下测得端到端效率3.12%,为量子网络提供可扩展的存储方案。
2023-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Cavity-enhanced detection of spin polarization in a microfabricated atomic vapor cell
本研究在微加工原子蒸气室中结合光学谐振腔与PDH技术,实现了电子自旋极化的无损高灵敏度探测,验证了理论模型并标定了光泵浦参数,达到量子噪声极限的探测水平。
2025-01-15 physics.atom-ph quant-ph
A microfabricated ion trap with integrated microwave circuitry
我们描述了一个表面电极离子阱的设计,制造和测试,它采用了微波波导,谐振器和耦合元件,用于使用近场微波操纵捕获的离子量子比特。陷阱被优化以提供大的微波场梯度,以允许对离子运动自由度的状态依赖性操纵,这是多量子比特纠缠的关键。的陷阱的中心附近的微波场的特点是驱动超精细跃迁在一个单一的激光冷却的43 Ca+离子。
2012-10-11 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Reduction of helium permeation in microfabricated cells using aluminosilicate glass substrates and Al$_2$O$_3$ coatings
本研究针对原子器件气室氦渗透影响性能的问题,测试不同玻璃衬底和Al$_2$O$_3$涂层的阻氦效果,发现ASG衬底及涂层可大幅降低渗透,助力微型原子器件性能提升。
2023-03-24 physics.atom-ph
Broad Instantaneous Bandwidth Microwave Spectrum Analyzer with a Microfabricated Atomic Vapor Cell
本文提出一种基于微加工铷原子蒸气池和大磁场梯度的微波频谱分析仪,将微波频率映射为空间自旋翻转图样,实现约1 GHz瞬时带宽、3 MHz分辨率和2 kHz刷新率,并有望扩展至25 GHz以上。
2024-08-10 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Subpicotesla Scalar Atomic Magnetometer with a Microfabricated Cell
我们展示了一个标量原子磁力计使用微制造的铯蒸气细胞。原子的自旋进动是由一个振幅调制的圆偏振泵浦激光共振在Cs原子的D1跃迁和检测的非共振线偏振探测激光使用平衡偏振仪设置。在幅度在地球磁场范围内的磁场下,梯度计模式下的磁力计可以达到低于150 fT/rt-Hz的灵敏度,这表明磁力计本身可以实现低于100 fT/rt-Hz的灵敏度。除了其高灵敏度外,由于小蒸汽室内部的宽磁共振,磁力计具有接近1 kHz的带宽。我们的实验表明,一个便携式,低功耗和高性能的磁强计,可以在地球的磁场工作的可行性。这种装置将大大减少对操作环境的限制,扩大原子磁力仪的应用范围,如在低磁场中检测核磁共振(NMR)。
2019-10-04 physics.app-ph physics.atom-ph
Laser-actuated hermetic seals for integrated atomic devices
诸如原子钟和光泵磁力计之类的原子装置依赖于对包含在细胞中的原子的询问,细胞的内部内容物必须满足高标准的纯度和准确度。玻璃吹制技术和工艺已经发展了几十年,以达到宏观蒸汽电池的这种标准。随着芯片级原子器件的出现,对小型化和大规模制造的需求导致采用微制造技术来制造毫米级蒸汽电池。然而,仍然存在许多缺点,并且没有工艺能够匹配玻璃吹制电池的质量和多功能性。在这里,我们介绍了一种新的方法来结构,填充和密封微制造的蒸汽电池的灵感来自百年的玻璃吹制方法。特别是,我们展示了打开和关闭一次性零泄漏微型阀,仅由激光驱动,并以与传统电池的填充装置中发现的“密封”和“密封”相同的方式操作。这样的结构被用于在晶片级填充铯蒸气室。密封结构由玻璃膜组成,可以局部加热和偏转以密封微通道。通过破坏腔之间的硅壁来获得破坏密封。这种新方法允许调整以前仅限于玻璃吹制单元的工艺。它还可以扩展到真空微电子和微机电系统(MEMS)器件的真空封装。
2022-05-20 physics.atom-ph
A microfabricated optically-pumped magnetic gradiometer
我们报道了一种基于气相碱金属原子光谱的微型原子磁梯度仪的研制。梯度计,它在自旋交换弛豫自由制度,有一个60毫米的长度和12毫米的横截面直径,并由两个芯片级原子磁力计,这是由一个共同的激光询问。该传感器可以在20 mm基线上测量10 fT/Hz $^{1/2}$(频率高于20 Hz)的磁场差异。在10 Hz时,磁场噪声的最大抑制为1000。通过使用一组补偿线圈缠绕在传感器周围,我们还测量了传感器的灵敏度在几个外部偏置场强度高达150 mG。该器件适用于需要灵敏梯度场信息和高共模噪声消除的应用。
2017-01-12 physics.atom-ph physics.ins-det
Six-wave mixing of optical and microwave fields using Rydberg excitations in thermal atomic vapor
基于Rydberg EIT的微波传感由于其暗态的光泵浦速率的基本限制而具有有限的微波到光转换带宽。研究了热原子蒸气中探测光场和耦合光场的参量六波混频,通过双光子激发和两个频偏为$δ$的微波场驱动原子到Rydberg态,实现了Rydberg-Rydberg跃迁.在本实验中实现了$17$ MHz的微波到光转换带宽,这受到可用耦合功率的限制。进一步的理论研究表明,该系统具有较高的调制带宽和较大的耦合拉比频率。
2022-07-05 physics.atom-ph
Imaging Microwave and DC Magnetic Fields in a Vapor-Cell Rb Atomic Clock
我们报告的直流和微波磁场分布的实验测量内最近开发的紧凑型磁控管型微波腔,安装在一个高性能的蒸气室原子频标的物理封装。利用脉冲光微波拉比测量技术,以Rb原子为场探针,用CCD摄像机进行探测,获得了横向空间分辨率低于100 $μ$ m的微波场分布图像。在微波场图像中观察到的不对称性可以归因于腔和Rb蒸气室的精确实际实现。类似的空间分辨图像的直流磁场分布获得拉姆齐型测量。Rb蒸气室中的T2弛豫时间与位置有关,并与直流磁场的梯度有关。所提出的方法是非常有用的直流磁场和谐振微波结构的实验原位表征,原子钟或其他原子为基础的传感器和仪器。
2015-08-06 physics.atom-ph
Microwave magnetic field imaging based on Rabi resonance with an alkali-atom vapor cell
在这项工作中,我们展示了一个微波磁场成像技术的基础上拉比共振与铯原子蒸气室。原子与相位调制的微波场相互作用时产生拉比共振信号,并由光电二极管和相机检测。使用低噪声、高量子效率的相机来捕获针对不同相位调制频率的一系列帧。可以通过扫描帧来测量场中每个空间点的拉比频率。因此,MW磁场分布的强度是通过组合拉比频率获得的,所述拉比频率是用探测激光束范围内的相机像素测量的。这种成像设置的简单架构具有巨大的潜力,用于材料测试,MW组件的现场成像和生物医学成像的紧凑/微型MW场传感器的建设。
2019-02-18 physics.atom-ph
Tunable Microwave Magnetic Field Detection based on Rabi Resonance with a Single Cesium-Rubidium Hybrid Vapor Cell
我们实验研究了基于拉比共振的连续频率可调谐微波(MW)磁场检测使用一个单一的混合蒸汽室充满铯和铷原子。多物种原子系统,其可调的能力,在过渡频率,使这种原子传感头,以涵盖更广泛的可检测MW场范围相比,使用一个单一的金属原子。在这里,我们证明了原子拉比共振信号与85 Rb,87 Rb,和133 Cs在同一个蒸汽细胞的同时观察。使用实验上可行的低于500高斯的静态磁场(DC场),我们实现了带宽为4.8 GHz(8.1 GHz左右)的MW磁场强度检测。使用这三种原子系统限制在一个蒸汽室中,也使得能够在直流场的帮助下建立相同的MW场,使我们能够对需要相同电磁环境的不同应用进行完美的比较。这些结果对基于不同物理原理的原子探测器的实现和应用具有一定的参考价值。
2018-08-07 physics.atom-ph
Simple microwave field imaging technique using hot atomic vapor cells
我们展示了一个简单的技术,微波场成像使用碱金属原子在蒸汽细胞。待测量的微波场驱动原子超精细跃迁的拉比振荡,该超精细跃迁使用激光束和相机以空间分辨的方式检测。我们的蒸气室几何结构能够单次记录具有350 μm空间分辨率的二维微波场图像。使用微制造的蒸气室阵列,几微米的分辨率似乎是可行的。微波磁场的所有矢量分量都可以成像。我们的设备简单紧凑,不需要低温或超高真空。
2012-12-13 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.ins-det
Miniature biplanar coils for alkali-metal-vapor magnetometry
原子自旋传感器使用紧凑的微加工封装提供精确测量,使其在市场和研究应用中处于竞争地位。通过磁场控制可以增强这些传感器的性能,例如动态范围。在这项工作中,我们讨论了微型线圈的三维,局部磁场控制的传感器周围直接放置的设计,作为一个灵活和紧凑的替代以前使用的全球方法。线圈设计的双平面表面上使用流函数的方法,然后使用标准的印刷电路技术制造。应用到实验室规模的光泵磁力计的灵敏度约为20 fT/Hz $^{1/2}$。我们还展示了线圈组测量$7 \times 17 \times 17$ mm $^3$的性能,该线圈组专门针对脑磁图进行了优化,其中多个传感器彼此靠近操作。使用$^{87}$ Rb自由感应光谱和其他技术表征的场分布示出了在MEMS蒸气室的目标体积上的$>$ 96%的场均匀性,以及在距室中心20 mm处的约1%的紧凑杂散场轮廓。
2022-08-11 physics.atom-ph
Atom Based Vector Microwave Electrometry Using Rubidium Rydberg Atoms in a Vapor Cell
追求电磁场、时间、长度和重力等量的原子标准显然很重要。我们最近用里德伯态证明了蒸气室中的Rb原子可以作为微波电场强度的一个实用的、紧凑的标准。在这里,我们证明,为第一次,Rb原子激发的蒸汽细胞也可以用于矢量微波电磁测量通过使用里德伯原子电磁诱导的透明度。我们描述了必要的测量,以获得一个任意的微波电场极化的分辨率为$0.5^\circ$。实验与理论进行了比较,发现是非常一致的。
2013-04-15 physics.atom-ph quant-ph
Vapor cell Rydberg atom electrometry with time-separated fields
本文提出一种基于时间分离场的蒸气池里德伯原子微波电场测量方法,通过暗态量子演化和状态依赖探测实现10 GHz信号检测,灵敏度达10 nV/cm/Hz$^{1/2}$。
2024-06-07 physics.atom-ph
Continuous-frequency measurements of high-intensity microwave electric fields with atomic vapor cells
我们演示了连续频率电场测量的高强度微波通过光谱在一个小的原子蒸气室。本文研究了室温铷原子蒸气在玻璃池中的光谱响应,并用于在$\pm $ 1 GHz(15%频带覆盖率)的连续频率范围内,从$\sim$ 200 V/m到$>$ 1 kV/m的K $_a$波段微波电场的绝对测量。它是建立在强微波场的频率特定的光谱特征允许电场测量在一个大的连续频率范围。
2017-12-23 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Magnetic-field-induced splitting of Rydberg Electromagnetically Induced Transparency (EIT) and Autler-Townes (AT) spectra in $^{87}$Rb vapor cell
本研究理论结合实验,探究磁场与微波场下$^{87}$Rb里德伯EIT-AT光谱分裂,提出解析公式,并利用最大$m_F$态分裂间隔将弱电场可溯源测量极限提升一个数量级。
2023-06-23 physics.atom-ph
Individual-Ion Addressing with Microwave Field Gradients
单个量子位寻址是量子信息处理的许多实例的先决条件。我们证明了这种能力的捕获离子量子比特与微波近场提供的电极结构集成到一个微加工的表面电极陷阱。我们描述了四种方法,可用于量子信息实验与超精细水平的量子比特。我们对两个相距4.3 μ m的25 Mg+离子实施了单独控制,发现自旋翻转串扰误差在10^(-3)的数量级。
2012-11-04 physics.atom-ph quant-ph
Optical measurements of strong microwave fields with Rydberg atoms in a vapor cell
利用电磁感应透明(EIT)技术对强微波场中的里德伯原子进行了光谱分析。所测量的光谱响应使得能够对高功率微波进行基于原子的光学电场测量。在我们的实验中,微波辐射到室温的铷蒸气室。微波调谐在双光子65 D-66 D里德堡跃迁附近,电场强度达到230 V/m,约为这些原子微波电离阈值的20%。一个Floquet处理是用来模拟里德堡能级的能量和它们的激发率。我们到达一个经验模型的光谱细胞内的场强分布,产生良好的整体测量和计算的里德堡EIT-Floquet光谱之间的协议。使用Floquet地图中的光谱特征,我们实现了6%的绝对强场测量精度。
2016-01-11 physics.atom-ph quant-ph
Phase-shift in vapor cell and compact cold-atom frequency standards
本文对紧凑型原子钟的相移进行了理论分析。众所周知,在具有电磁损耗的微波腔中,行波添加到给定谐振模式的驻波。我们计算空间变化的相位相关的行波的两个几何形状的兴趣在时钟的应用,圆柱形腔和球形腔。由于它们的运动,原子探测腔的不同区域,然后经历询问微波场的不同相位。我们发现,这种结合的原子运动和空间变化的相位的时钟频率的相移,众所周知的主频率标准,这可能会影响的蒸汽细胞和紧凑的冷原子钟的性能也。在后一种情况下,我们评估空间时钟和地面时钟的相移。
2017-05-03 physics.atom-ph
Frequency-Tunable Microwave Field Detection in an Atomic Vapor Cell
我们使用原子蒸气室作为频率可调的微波场探测器,工作频率从GHz到数十GHz。我们检测从2.3 GHz到26.4 GHz的微波磁场,并测量18 GHz微波场的sigma+分量的幅度。我们的原理证明演示代表了原子磁力计的频率可调范围从以前的直流到几MHz范围的四个数量级的扩展。当与高分辨率微波成像系统集成时,这将允许微波磁场的矢量分量以及它们之间的相对相位的完全重建。潜在的应用包括微波电路和设备的近场表征,以及医学微波传感和成像。
2016-04-19 physics.atom-ph physics.ins-det physics.med-ph
Trapping and coherent manipulation of a Rydberg atom on a microfabricated device: a proposal
我们提出应用原子芯片技术来捕获单个原子的圆形里德堡态。微加工结构的小尺寸将允许具有足够高的微波截止频率以抑制里德伯原子的自发发射的阱几何形状,从而为在很长时间内完全控制外部和内部自由度铺平道路。捕获是通过使用精心设计的电场来实现的,该电场由简单的电极图案产生。我们表明,它是可能的,激发,然后陷阱,一个和只有一个里德伯原子从一个基态原子云限制在一个磁性原子芯片,本身集成了里德伯陷阱。同时捕获原子的不同内部状态,为我们提供了一个非常有吸引力的原子-表面和原子-原子相互作用的研究两个级别的系统。我们描述了一种方法,减少了三个数量级的失相由于斯塔克位移,诱导的陷阱场,内部跃迁频率。这允许与自旋回波技术相结合,在第二范围内随时间保持内部相干性。这种方法通过受控的光位移来操作,使得两个内部状态的斯塔克位移几乎相同。我们彻底识别并说明不完美的来源,以便在每一步验证我们的建议的现实性。
2005-06-14 physics.atom-ph quant-ph
Sub-wavelength microwave electric field imaging using Rydberg atoms inside atomic vapor cells
最近我们利用里德伯原子电磁感应透明原理,证明了蒸气室中的碱金属原子可以作为微波电场强度和极化的高精度标准。在这里,我们表明,第一次,里德伯原子电磁诱导透明可以用来成像微波电场以前所未有的精度。该方法的空间分辨率远达亚波长范围。电场分辨率与我们在先前实验中证明的分辨率相似。我们的实验结果与有限元计算的测试电场图案。
2014-03-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Loaded microwave cavity for compact vapor-cell clocks
基于微波询问的蒸汽室设备提供了一个稳定的频率参考,具有紧凑和强大的设置。进一步的小型化必须集中在优化物理封装上,包括微波腔和原子库。在本文中,我们提出了一种紧凑的腔电池组件的基础上的介质加载圆柱形谐振器。该结构容纳具有$0.9 \, \mathrm{cm^3}$内部体积的时钟单元,并且具有仅为$35 \, \mathrm{cm^3}$的外部体积。所提出的设计旨在大大减少原子钟的核心,同时保持高性能的短期稳定性($σ_y(τ) \leq 5\times 10^{-13} \,τ^{-1/2}$标准艾伦偏差)。该结构的特点是磁场均匀性和原子场耦合的有限元计算的帮助。还分析和实验表征的热敏性。我们提出了初步的光谱结果,通过集成紧凑的腔内的铷钟设置的基础上的脉冲光泵浦技术。所获得的时钟信号与目标性能兼容。因此,加载腔的方法是一个可行的小型化微波钟的设计选择。
2020-05-20 physics.atom-ph quant-ph
Widefield Microwave Imaging in Alkali Vapor Cells with sub-100 um Resolution
本文报道了利用微加工碱蒸气室实现亚微米分辨率的宽场微波矢量场成像。该装置还可以对直流磁场进行成像,并且可以配置为对微波电场进行成像。我们的基于相机的宽视场成像系统以10 Hz的速率记录6x6 mm 2视场的2D图像。它提供高达50微米的空间分辨率,并允许通过使用薄的外部细胞壁在结构上方接近150微米的区域成像。这是至关重要的,使我们能够实际利用的高空间分辨率,在近场的功能大小的顺序从他们的源的距离,并代表了一个数量级的改进,在表面特征分辨率相比,以前的蒸汽电池实验。我们目前的微波和直流磁场图像以上的选择的设备,证明微波灵敏度为1.4 μ T/平方赫兹每50 × 50 × 140微米3体素,目前受到我们的相机系统的速度。由于我们并行成像120 x120体素,因此单个扫描传感器将需要至少12 nT/sqrt-Hz的灵敏度以产生具有相同灵敏度的图像。我们的技术可以证明在微波器件的设计,表征和调试方面具有变革性,因为目前还没有令人满意的微波成像技术。此外,它可以在医学成像中找到应用。
2015-10-01 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Microwave-to-optical conversion in a room-temperature $^{87}$Rb vapor with frequency-division multiplexing control
本文利用室温铷原子蒸气实现了可调谐550 MHz范围的相干微波到光波转换,并演示了频分复用、多信道转换及幅度控制,为频域量子比特的量子信息处理提供了新途径。
2023-12-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
An optically modulated zero-field atomic magnetometer with suppressed spin-exchange broadening
我们展示了一个光泵$^{87}$ Rb磁强计在一个微制造的蒸汽细胞的基础上产生的零场色散共振的$^{87}$ Rb基态能级的光调制。磁力计在自旋交换弛豫自由制度,可以实现高磁场灵敏度。该器件可用于需要基于阵列的磁力计的应用,其中射频磁场可在相邻传感器之间引起串扰或影响被测量的磁场的源。
2014-04-01 physics.atom-ph physics.ins-det
Spatially uniform single-qubit gate operations with near-field microwaves and composite pulse compensation
我们提出了一个微加工的表面电极离子阱与一对集成波导,产生一个常设的微波场与171 Yb+超精细量子位共振。波导被设计成将波的波腹定位在阱的中心附近,从而导致沿阱轴的最大场幅度和均匀性。通过校准波导电流的相对幅度和相位,我们可以控制微波场的极化,以减少非谐振耦合到不需要的塞曼子能级。我们证明了在800 μ m的微波相互作用区域内,拉比频率的变化小于6%的情况下,单量子比特π旋转的速度为1 μ s。完全补偿脉冲序列进一步改善了跨该相互作用区域的X门的均匀性。
2013-04-24 physics.atom-ph quant-ph
Effect of Rydberg-atom-based sensor performance on different Rydberg atom population at one atomic-vapor cell
该研究利用五尺寸阶梯式铯蒸气池,在相同密度、气压和饱和激光条件下揭示池长对 EIT 信号及原子超外差灵敏度的影响规律。
2023-08-21 physics.atom-ph
On the reduction of gas permeation through the glass windows of micromachined vapor cells using Al$_{2}$O$_{3}$ coatings
本文研究原子层沉积 Al$_{2}$O$_{3}$ 涂层厚度对微加工原子蒸气室氦、氖渗透的抑制作用,20 nm 涂层可使氦渗透降低两个数量级,并提升 CPT 原子钟长期稳定度。
2024-04-10 physics.atom-ph
Single-ion microwave near-field quantum sensor
我们开发了一个直观的模型,二维微波近场在不寻常的制度,厘米波定位到几十微米。接近强度的最小值,一个简单的有效的描述出现了五个参数,其特征在于近场的零阶和一阶项的强度和空间取向,以及场偏振。这样的场配置是在具有在1GHz附近工作的集成微波导体的微加工平面结构中实现的。我们使用一个单一的9 Be+离子作为一个高分辨率的量子传感器,通过其超精细结构的能量转移来测量场分布。我们发现协议与模拟在亚微米和几度的水平。我们的研究结果给出了一个清晰的和一般的图片的基本性质的振荡二维近场的应用在量子信息处理,中性原子捕获和操纵,芯片级原子钟,和集成微波电路。
2021-07-06 physics.atom-ph quant-ph
Measurement of DC and AC electric fields inside an atomic vapor cell with wall-integrated electrodes
我们提出和表征的原子蒸气室与硅环电极直接嵌入硼硅酸盐玻璃管之间。电池采用阳极键合方法组装,并充满Rb蒸汽。环形电极可以外部连接,用于向电池内部施加电场。基于原子的,全光学,激光光谱场传感方法被用来测量细胞中的电场。在这里,利用电场敏感铷里德伯原子的斯塔克效应来测量$\sim$ 5 V/cm的电池中的直流电场,相对不确定度为10%。测量结果与直流场计算进行比较,使我们能够量化由于细胞内的自由表面电荷的电场衰减。我们进一步测量微波场的传播到细胞中,使用奥特勒-汤斯分裂的里德堡水平作为场探针。结果得到的微波功率和极化角相对于细胞的环形电极的范围内。我们比较微波场计算的结果。应用进行了讨论。
2021-06-03 physics.atom-ph quant-ph
Investigation of microwave transitions and nonlinear magneto-optical rotation in anti-relaxation-coated cells
利用激光抽运,测定了具有烷烃反弛豫膜的汽室中$^{85}$ Rb和$^{87}$ Rb原子基态超精细组分之间的微波跃迁宽度和频移.结果进行了比较与塞曼弛豫的非线性磁光旋转(NMOR)实验中获得的数据,比较重要的定量理解的自旋弛豫机制在涂层细胞。通过比较四十年来生产的电池,我们证明了涂层电池的长期稳定性,这是原子钟和磁力计的一个重要特性。
2004-08-10 physics.atom-ph
Electromagnetically-induced transparency, absorption, and microwave field sensing in a Rb vapor cell with a three-color all-infrared laser system
对铷级联$5S_{1/2} \rightarrow 5P_{3/2}$(激光波长780 nm)、$5P_{3/2} \rightarrow 5D_{5/2}$(776 nm)和$5D_{5/2}\rightarrow 28F_{7/2}$(1260 nm)的三光子电磁感应透明(EIT)和吸收(EIA)进行了综合研究。780-nm的探针和776-nm的修整光束通过Rb室温蒸气室反向对准,并且1260-nm的耦合器光束与探针光束共同对准或反向对准。EIT和EIA的几种情况下,在776 nm光束的失谐范围内测量,进行了研究。通过数值求解林德布拉德方程模拟了所观察到的现象,并根据速度和失谐相关的缀饰态的探测束吸收行为解释了结果。为了探索三光子Rydberg EIA/EIT用于微波电场诊断的实用性,将由信号源和四倍频器产生的亚太赫兹场施加到Rb室。100.633-GHz的场共振驱动的$28F_{7/2}\leftrightarrow29D_{5/2}$过渡,并导致Autler-Townes分裂的Rydberg EIA/EIT光谱,测量和表征的微波四倍器的性能。
2019-05-23 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Accurate vector optically pumped magnetometer with microwave-driven Rabi frequency measurements
提出一种利用$^{87}$Rb超精细拉比振荡测量磁场方向的矢量光泵磁力计,通过原子测量补偿系统偏移,实现0.46 mrad精度和11 $\mu$rad/√Hz灵敏度,超越1度阈值。
2025-02-26 physics.atom-ph
Measuring magnetic field inside a microwave cavity via Rabi resonances in Cs atoms
提出了一种基于原子与相位调制微波场相互作用产生拉比共振的微波场测量技术。利用现场测量的理论模型计算拉比频率。测量模型的单峰特性使该技术成为简单快速的现场测量的有价值的工具。作为一个例子,我们使用该技术来确定微波场强内Cs蒸汽细胞在X波段矩形腔施加的功率在-21 dBm到20 dBm的范围内。结果表明,该技术能够在很宽的动态范围内检测磁场。
2017-05-17 physics.atom-ph
Microwave electrometry with Rydberg atoms in a vapor cell using microwave amplitude modulation
本文提出利用微波幅度调制下里德伯原子EIT-AT色散信号的肩部间隔来表征微波电场强度,相比传统分裂间隔方法将可测最小场强降低约30倍,显著提升弱微波电场测量灵敏度。
2023-04-18 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg atom-based microwave electrometry using polarization spectroscopy
提出在室温蒸气池中结合偏振光谱学与里德伯原子 EIT 测量微波电场,灵敏度较传统 EIT 提升约五倍,并利用微波柱面透镜再将最小可测场降低三倍。
2024-07-29 physics.atom-ph
Characterization of Cs vapor cell coated with octadecyltrichlorosilane using coherent population trapping spectroscopy
我们报告的实现和表征使用相干布居捕获(CPT)光谱的十八烷基三氯硅烷(OTS)涂层厘米级铯蒸气电池。共振线型的双重结构,在多普勒展宽结构的顶部存在一个狭窄的结构线,被清楚地观察到。窄共振的线宽进行比较,一个抽空的Cs细胞和缓冲气体Cs细胞的类似大小的线宽。Cs-OTS吸附能测量为(0.42 $\pm$ 0.03)eV,导致以分数单位计的$2.7\times10^{-9}/$ K的时钟频移速率。超精细布居寿命,$T_1$,和微波相干寿命,$T_2$,为1.6和0.5毫秒的报告,分别对应于约37和12个有用的反弹。通过减小光束直径,在Cs-OTS盒中观察到原子运动引起的暗共振Ramsey窄化。Ramsey CPT条纹检测使用脉冲CPT询问方案。最后讨论了Cs-OTS盒在研制蒸气室原子钟中的潜在应用。
2015-05-09 physics.atom-ph
Coherent Population Trapping Resonances in Buffer Gas-filled Cs Vapor Cells with Push-Pull Optical Pumping
本文报道了用推挽光抽运(PPOP)方法在填充缓冲气体的汽室中对Cs D1线相干布居俘获(CPT)共振的理论研究和实验表征。我们指出,推挽相互作用方案是相同的所谓的林每林极化方案。相关的黑暗状态,以及吸收的表达,报告。实验装置是基于分布反馈(DFB)二极管激光器,尾纤强度马赫-曾德尔电光调制器(MZ EOM)的光学边带产生和迈克尔逊干涉仪的组合。一种微波技术,以稳定的传递函数的工作点的MZ EOM的实施适当的操作。一个CPT共振对比度高达78%,在厘米级细胞的磁场不敏感的时钟过渡。的CPT时钟信号的关键参数(线宽对比度线宽/对比度比)的激光强度的影响报告为三个不同的细胞具有各种尺寸和缓冲气体含量。PPOP技术的发展高性能的原子蒸气室时钟的潜力进行了讨论。
2013-02-15 physics.atom-ph
Correcting heading errors in optically pumped magnetometers through microwave interrogation
本文提出用微波驱动的 Ramsey 与 Rabi 频率光谱原位测量并校正 OPM 的标量航向误差,将 5 nT 偏差降至 0.6 nT 以下,并验证 Rabi FS 可达 80 pT/√Hz 实测精度。
2024-07-05 physics.atom-ph
Coherence of Rabi oscillations with spin exchange
原子蒸气室中的拉比测量在一系列微波成像和传感实验中是当前感兴趣的,但越来越多地在由自旋交换碰撞定义的相干性的理论研究之外的参数空间中。在这里,我们研究的相干性拉比振荡的蒸汽细胞采用连续的非破坏性读出的超精细流形的$^{87}$ Rb使用法拉第旋转。我们开发了一个完整的模型自旋交换(SE)的超精细过渡的相干性,考虑到非静态的人口分布。在此制度下,拉比振荡表现出非平凡的时域信号,允许验证的蒸汽电池参数。我们发现理论和实验之间的良好协议,这将有助于基准的拉比测量应用程序的灵敏度。
2022-07-30 physics.atom-ph
Arbitrary Instantaneous Bandwidth Microwave Receiver via Scalable Rydberg Vapor Cell Array with Stark Comb
该研究提出由微波频率梳与位置依赖 Stark 场构成的 Stark 梳,并通过可扩展 Rydberg 蒸气室阵列和原子外差检测,实现可扩展至任意瞬时带宽的微波接收机。
2025-09-30 physics.atom-ph quant-ph
High-fidelity spatial and polarization addressing of Ca-43 qubits using near-field microwave control
量子位的单独寻址对于可扩展的量子计算是必不可少的。空间寻址允许无限数量的量子位共享相同的频率,同时实现任意并行操作。我们证明了解决的长寿$^{43}\text{Ca}^+$“原子钟“量子位在单独的区域($960μ$米分开)的微加工表面陷阱集成微波电极。这样的区域可以形成大规模量子信息处理器的“量子CCD”架构的一部分。通过相干地抵消一个区域中的微波场,我们测量寻址和非寻址量子位之间的拉比频率的比率高达1400,由此我们计算出$1.3\times 10^{-6}$的非寻址离子的量子位跃迁的自旋翻转概率。非共振激励则在$5 \times 10^{-3}$附近成为主要的误差过程。可以通过在更高的磁场下工作或通过微波场的极化控制来防止它。我们实现偏振控制与错误$2 \times 10^{-5}$,这将足以抑制非共振激发的$\sim 10^{-9}$水平,如果结合空间寻址。这种偏振控制也可以实现快速微波操作。
2017-04-10 physics.atom-ph quant-ph
Cavity-enhanced Rydberg atom microwave receiver
针对里德堡原子与微波电场耦合不足的问题,本文用微波谐振腔增强耦合,并通过三光子激发实验实现18 dB功率灵敏度提升。
2024-04-10 physics.atom-ph
Microwave controlled efficient Raman and sub-Raman generation
我们提出了一个在$Λ$ -三能级结构的均匀加宽原子蒸气中产生和操纵拉曼场的有效方案。在较低的光密度下有效地产生拉曼和亚拉曼场的关键概念涉及微波诱导的较低能级的原子相干性。我们明确地表明,拉曼场的产生效率可以通过操纵微波场的相位和振幅的相干性来控制。
2012-10-08 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg excitation through detuned microwave transition in rubidium
本文研究热铷蒸气中里德伯态的激发,通过反向波长激发和电磁感应透明观察微波耦合效应,并演示失谐激发到次级里德伯态,为里德伯态波混频过程提供了激发与态选择的灵活性。
2023-08-09 physics.atom-ph quant-ph
A high-performance Raman-Ramsey Cs vapor cell atomic clock
我们展示了一个高性能的相干布居捕获(CPT)铯蒸气室原子钟使用推挽光泵浦技术(PPOP)在脉冲制度,允许高对比度和窄Ramsey-CPT条纹的检测。研究了激光功率、腔体温度和Ramsey序列参数等实验参数对时钟谐振和短期分数频率稳定度的影响。我们观察到并解释了存在一个轻微的依赖于激光功率的中心拉姆齐CPT条纹线宽度的脉冲制度。我们还报告说,中心条纹线宽通常比预期的拉姆齐线宽由$1/(2T_R)$,与$T_R$的自由演化时间,短值的$T_R$。该时钟在平均时间长达100秒的$2.3 \times 10^{-13}~τ^{-1/2}$水平上表现出短期分数频率稳定性,主要受到激光AM噪声的限制。如果使用额外的激光功率稳定设置,则在常规连续(CW)制度中获得可比的性能。脉冲相互作用允许显著降低时钟频率对激光功率变化的灵敏度,特别是对于高的$T_R$值。这种脉冲CPT时钟是最好的微波蒸汽室原子频率标准之一,可以在电信,仪器仪表,国防或卫星导航系统中找到应用。
2017-03-14 physics.atom-ph
Reducing cavity-pulling shift in Ramsey-operated compact clocks
本文描述了一种在工作于Ramsey方法的紧凑型原子钟中稳定询问微波场振幅的方法。在这项技术中,我们利用脉冲制度,使用原子本身作为微波振幅鉴别器。具体地,除了对微波失谐的依赖性之外,拉姆齐询问之后的原子信号获得对微波脉冲面积(幅度乘以持续时间)的依赖性,其可以被利用来以类似的方式实现微波场幅度的主动稳定,其中拉姆齐时钟信号用于将本机振荡器频率锁定到原子参考。这种稳定导致时钟频率对通过腔拉动效应转移到原子的微波幅度波动的灵敏度降低。所提出的技术是有效的,以改善时钟的稳定性和漂移的中期和长期。我们证明了一个蒸汽室时钟的方法与热原子样品,但它可以扩展到冷原子紧凑的时钟。
2018-04-20 physics.atom-ph
Broadband Rydberg Atomic Microwave Sensing with 44.6$\,$MHz Instantaneous Bandwidth
East China Normal University(华东师范大学);Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院上海光学精密机械研究所);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学)
提出并实验验证了一种通过引入辅助微波场来增强里德伯原子微波传感器瞬时带宽的方案,在保持高灵敏度(225.7 nV cm⁻¹ Hz⁻¹/²)的同时实现了44.6 MHz的瞬时带宽。
2026-07-10 physics.atom-ph
Sensitivity Enhancement of S-Band Rydberg Atom Microwave Receiver Using Resonant Cavity
Technology and Engineering Center for Space Utilization, Chinese Academy of Sciences(中国科学院空间应用工程与技术中心);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Beijing University of Posts and Telecommunications(北京邮电大学)
提出并实验验证了将喇叭天线与谐振微波腔集成以增强自由空间S波段信号耦合的方案,在1米距离上实现了2.33 nV/cm/√Hz的最佳灵敏度,相比裸蒸汽电池配置提升约17.9 dB。
2026-06-01 physics.atom-ph quant-ph
Batch-fabrication of all-dielectric vapor cells enabling optically addressed Rydberg atom electrometry
National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);University of Colorado Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);Penn State University(宾夕法尼亚州立大学)
针对硅基蒸汽池在毫米波电场传感中的不足,本文提出全玻璃晶圆级制造工艺,实现含铯分配器的稳定密封蒸汽池,验证其真空稳定性及里德堡激发性能,并成功测量34GHz毫米波场,为量子传感提供低损耗替代方案。
2026-10-02 physics.atom-ph