Generalized hyper-Ramsey-Bordé matter-wave interferometry: quantum engineering of robust atomic sensors with composite pulses
使用超窄光跃迁的一类新的原子干涉将量子工程控制推向非常高的精度水平，用于下一代传感器和量子门操作。在这种背景下，我们提出了一种新的量子工程方法的Ramsey-Bordé干涉引入多个复合激光脉冲与定制的脉冲宽度，拉比场振幅，频率失谐和激光相位阶跃。我们探索量子精密测量与超拉姆齐和超哈恩-拉姆齐时钟低于$10^-18$水平的分数精度的光激发参数的微调控制，导致旋量干扰保护免受光移耦合到激光探测场的变化。我们审查合作的复合脉冲协议，以产生强大的拉姆齐-Bordé，马赫-曾德尔和双回路原子传感器屏蔽测量失真相关的多普勒频移和光频移耦合脉冲面积误差。引入容错自动平衡超干涉仪，消除了在整个探测询问协议期间可能发生的几种技术激光脉冲缺陷。具有复合脉冲和超冷原子源的量子传感器应该在检测加速度和旋转引起的相移方面提供新的高精度水平，这是对超时钟基础物理测试的重大改进，同时为原子干涉仪以非常高的灵敏度跟踪时空引力波的新概念铺平了道路。
2022-03-02 physics.atom-ph quant-ph
Coherence loss and revivals in atomic interferometry: A quantum-recoil analysis
分析了马赫-曾德尔三光栅干涉仪中外光子与物质波耦合引起的相干效应。替代原子-光子纠缠的情况下，这里考虑的模型只依赖于原子的波函数和动量转移引起的光子散射事件。因此，一个功能之间的依赖关系，即条纹的可见度和相移，和横向动量转移分布的观测量。一个很好的定量协议时，发现从我们的模型与实验数据得到的结果进行比较。
2012-04-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Relativistic Effects in Atom and Neutron Interferometry and the Differences Between Them
近年来，物质波干涉计量学取得了巨大的进展。Colella-Overhauser-Werner（COW）型中子干涉仪和Kasevich-Chu（K-C）型原子干涉仪是这类装置的原型，它们是否对相对论效应敏感的问题最近引起了很大的争论。我们研究的问题，在多大程度上的引力红移，以及相关的孪生佯谬效应可以看到在这两个原子和中子干涉仪。我们指出这两种类型的设备之间的不对称性。因此，在中子干涉仪中可以看到两种效应的非零、非相对论残留，而在K-C干涉仪中，两种效应相互抵消，没有残留，尽管它们可能存在于其他类型的原子干涉仪中。此外，原子干涉仪中激光频率的必要偏移（啁啾）有效地将实验室变成了一个自由落体系统，可以用于其他实验。
2012-09-28 physics.atom-ph quant-ph
Controlling the Multiport Nature of Bragg Diffraction in Atom Interferometry
布拉格衍射已被用于原子干涉仪，因为它允许通过多光子动量转移和抑制系统学不改变原子的内部状态的信号增强。然而，其多端口性质可导致寄生干涉仪，允许主干涉仪中的强度相关相移，并且使用于相位提取的椭圆失真。我们研究并抑制这些不必要的影响。具体地，通过椭圆拟合的相位提取和由此产生的系统相移通过蒙特卡罗模拟计算。由原子的热运动引起的相移由原子的空间选择和布拉格强度的适当选择来控制。在这些模拟中，我们发现高斯布拉格脉冲形状产生最小的系统偏移。寄生干涉仪被“魔术”布拉格脉冲持续时间抑制。该装置的灵敏度得到改善，通过增加AC斯塔克位移补偿，这使得直接的实验研究的子部分每十亿（ppb）系统。这种升级允许310\，$\hbar k$动量转移，在Ramsey-Bordé干涉仪中测量到前所未有的6.6\，Mrad。
2016-09-20 physics.atom-ph
Magic Velocity Selection in Atom Interferometry
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
该研究针对原子干涉仪中速度与位置相关性导致的系统误差，确定了速度选择的“魔术”失谐，可抑制约10毫弧度的系统相位偏移，助力实现十亿分之一精度的高分辨率原子干涉测量。
2026-08-24 physics.atom-ph
A 40 W, 780 nm laser system with compensated dual beam splitters for atom interferometry
我们展示了一个窄线宽780 nm的激光系统，高达40 W的功率和230 MHz的频率调制带宽。非线性光学元件上的有效重叠将两对锁相频率分量组合成单个光束。使用具有高质量锯齿波波形的Serrodyne调制在数十MHz范围内以> 96.5%的效率执行频移。该系统通过同时提供斯塔克位移补偿的双分束器，同时最大限度地减少自发发射，实现了下一代原子干涉测量。
2020-08-03 physics.atom-ph physics.optics
Test of the He-McKellar-Wilkens topological phase by atom interferometry. Part I: theoretical discussion
我们最近测试了拓扑相预测的他和麦凯勒和Wilkens：这个阶段出现时，电偶极子在横向磁场中传播。在本文中，我们首先回顾了这个阶段的物理起源及其关系的Aharononov-Bohm和Aharonov-Casher阶段。然后，我们解释可能的检测方案，我们简要地描述了锂原子干涉仪，我们已经用于此目的。最后，我们详细分析了电场和磁场作用于这样的干涉仪引起的相移，考虑到实验缺陷。实验及其结果在配套文件中进行了描述。
2013-10-04 physics.atom-ph quant-ph
Atom interferometry with coherent enhancement of Bragg pulse sequences
本研究实现基于布拉格跃迁序列的大动量转移光脉冲原子干涉仪，发现损耗相消干涉提升分束器效率，研究寄生干涉仪影响，实验验证相移增强并表征可见度损失。
2023-10-04 physics.atom-ph quant-ph
Robust inertial sensing with point-source atom interferometry for interferograms spanning a partial period
点源原子干涉术（PSI）利用冷原子云中的速度分布，从原子干涉条纹图像的相位、方向和周期中同时测量一个加速度轴和两个旋转轴。对于惯性传感和精密测量中的实际应用，重要的是能够测量宽范围的系统旋转速率，对应于具有远小于一个完整干涉条纹到非常多条纹的干涉图。以前用于PSI的干涉图分析技术对低旋转速率不敏感，这会在云上产生较少的完整干涉条纹，限制了仪器的动态范围。我们介绍了一种实验方法，新的原子干涉术和密切相关的光学相移干涉术，这是有效的提取旋转值从信号组成的分数条纹以及许多条纹没有旋转率的先验知识。我们的方法使用四个干涉图，每个控制拉曼激光相移，重建底层的原子干涉仪相位图。
2020-06-10 physics.atom-ph
Sub-shot-noise interferometry with two-mode quantum states
该研究针对不完美探测器下的亚散粒噪声干涉测量问题，基于双Fock态与双模压缩真空态推导相位不确定度解析公式，证明损耗低于阈值且相位接近最优值时可突破标准量子极限，并提供了可在线获取的Python工具包。
2024-01-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Bloch-bands Picture for Light Pulse Atom Diffraction and Interferometry
本文应用布洛赫带方法分析了超冷原子在光学和干涉测量中的脉冲光学驻波衍射元件。我们通过与一系列玻色-爱因斯坦凝聚体实验的比较来验证我们的方法。该方法提供了精确的拉比频率的衍射脉冲，是特别有用的衍射相位的分析和控制，在精密原子干涉测量的一个重要的系统效果。利用这一图像，我们还演示了一种方法来确定原子的能带结构的光晶格通过测量相移在原子衬度干涉仪。
2019-12-10 physics.atom-ph
Limitations of Nanotechnology for Atom Interferometry
范德瓦尔斯相互作用决定了可以用于原子光学的最小纳米结构吗？本文研究了设计对德布罗意波相移具有最佳灵敏度的原子干涉仪的问题。还考虑了对加速度和旋转速率的最佳灵敏度。对于这些应用，我们预测，周期小于40 nm的纳米结构将导致原子干涉仪表现不佳，因为范德华相互作用对纳米结构光栅作为分束器的工作方式产生不利影响。
2005-08-03 physics.atom-ph
Representation-free description of light-pulse atom interferometry including non-inertial effects
光脉冲原子干涉仪依赖于物质的波动性质及其与相干激光脉冲的操纵。它们用于精确的重力测量和惯性传感以及基本常数的精确测量。达到更高的精度需要更长的干涉仪时间，这在微重力环境中自然会遇到，如落塔设施、探空火箭和旨在空间基础量子物理学的专用卫星任务。在所有这些情况下，有必要考虑在非惯性参考系中干涉仪设置的任意轨迹和变化的取向。在这里，我们提供了一个通用的表示自由的原子干涉术完全基于算子代数的描述，以解决这种一般情况。我们展示了如何解析地确定相移以及具有任意数量的脉冲的干涉仪的可见性，包括局部重力加速度，重力梯度，激光器的旋转和非惯性参考系的影响。我们的方法方便地统一了以前的结果，有利于新的干涉仪的几何形状的调查。
2015-12-01 physics.atom-ph quant-ph
Feynman Diagrams for Matter Wave Interferometry
Northwestern University（西北大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文提出基于费曼图的新理论框架，用于计算物质波干涉仪的相位移，通过分析高阶量子修正，验证了有限大小的初始物质波函数对相位响应的影响，为干涉仪在不同势场下的应用提供了理论支持。
2026-05-12 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
Overcoming loss of contrast in atom interferometry due to gravity gradients
长时间原子干涉测量有助于各种基本物理性质的高精度测量，包括等效原理的测试。由于旋转和重力梯度，表征干涉仪的两个分支的波包的运动的经典轨迹在相空间中不闭合，这种效应随着干涉仪时间显著增加。在这样的开放干涉仪中的干涉波包之间的相对位移导致在每个出口处的密度分布中的条纹图案和作为相移的函数的积分粒子数的振荡中的对比度的损失。特别注意重力梯度，我们提出了一个简单的缓解策略，涉及小的变化，这是非常容易实现的激光脉冲的定时。介绍了原子干涉仪中态演化的一种无表象描述，并利用它分析了一般情况下的对比度损失和抑制策略。(As一个副产品，一个非常紧凑的推导相移在一般的光脉冲原子干涉仪提供。此外，精确的结果得到（纯和混合）高斯状态，允许一个简单的解释在相空间中的维格纳函数的对齐。在含时的高斯-费米近似下，得到了膨胀玻色-爱因斯坦凝聚体的解析结果。最后，旋转和不对齐的重力梯度的组合策略被认为是以及。
2015-07-10 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
Lattice-Trapped Atom Interferometry with a Bose-Einstein condensate: Observation and Control of Interactions
University of Washington（华盛顿大学）
利用弱相互作用的镱玻色-爱因斯坦凝聚体实现晶格捕获原子干涉仪，通过改变原子数或样品体积控制相互作用，并观察到平均场效应，为超越单原子物理的计量学进展开辟道路。
2026-05-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
General Relativistic Effects in Atom Interferometry
原子干涉测量术现在已经达到了足够的精度，足以推动广义相对论的实验室测试。首先，我们解释了原子干涉仪中相移的非相对论计算，并推导出它的有效范围。由此我们发展了一种计算广义相对论相移的方法。然后利用该方法研究了弱引力场中原子干涉仪的相对论效应，并将其应用于实验室的广义相对论验证。潜在的可检验的相对论效应包括非线性三引力子耦合、动能引力和光的下落。我们提出了一些实验，目前正在建设中，可以提供一个测试的等效原理的10^15分之一（比目前的限制好300倍），和广义相对论在10%的水平，有许多潜在的未来改进。我们还考虑了其他指标的应用，包括透镜Thirring效应，宇宙的膨胀，以及首选帧和位置效应。
2008-08-26 gr-qc hep-ph hep-th
Atom interferometry and the Einstein equivalence principle
本文讨论了有引力场存在时对称原子干涉仪中相移的计算。干涉仪的两条路径之间的作用相积分的差异是零的任何拉格朗日最多是二次的位置和速度。我们要强调的是，在一大类引力理论中，原子干涉仪可以通过比较原子和普通物体的加速度来检验等效原理（或自由降落的普适性）的弱版本，但对等效原理中被称为引力红移或时钟速率普适性的方面不敏感。
2011-09-28 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
Performance of an optical single-sideband laser system for atom interferometry
本文报道了一个最近开发的光学单边带（OSSB）激光系统的详细性能表征的基础上的IQ调制器和二次谐波产生的铷原子干涉实验。测量的性能被用来评估噪声的贡献，这OSSB激光系统时，它被应用于驱动受激拉曼跃迁在$^{87}$ Rb的重力加速度的精确测量。激光系统抑制了不想要的边带分量，但是当利用这种OSSB激光系统执行频率啁啾时，需要应用附加的相移补偿。在当前实验中，OSSB激光系统的总相位噪声贡献对于具有$T=120$ ms的询问时间的单个原子干涉序列为72 mrad，其对应于每次发射32 n $g$的相对精度。主要的噪声源被发现在边带和载波分量之间的相对强度波动和微波源的相位噪声。
2020-04-24 physics.atom-ph
Spectral-Domain Coherent Control of Broadband Raman Coupling in Atom Interferometry
Tsinghua University（清华大学）
通过工程化拉曼耦合的有效双光子谱，实现频域相干控制，提升原子干涉仪的 fringe contrast，增强原子参与度，为光谱鲁棒性原子干涉仪提供新方法。
2026-04-04 physics.atom-ph
Atom Interferometry with up to 24-Photon-Momentum-Transfer Beam Splitters
我们提出了多达24个光子的布拉格衍射作为光脉冲原子干涉仪中的分束器，以实现迄今为止动量空间中最大的分裂。相对于目前最灵敏的干涉仪中使用的2光子过程，这些大型动量转移分束器将马赫-曾德（MZ-）几何形状的相移增加了12倍，将拉姆齐-博尔德（RB-）几何形状的相移增加了144倍。我们实现了高可见度的干涉条纹（高达52%的MZ或36%的RB）和长脉冲分离时间，这是可能的，只有在原子喷泉设置。由于原子的内部状态不变，重要的系统效应可以抵消。
2008-05-11 physics.atom-ph physics.optics
Atom Interferometry with Top-Hat Laser Beams
激光束强度和相位的均匀性是高性能原子干涉仪的关键。激光强度分布的不均匀性导致在微开尔文温度下用原子源操作的干涉仪中的对比度降低和系统效应，以及使用大动量传递分束器的干涉仪中的有害衍射相移。我们报告了在长时间的冷原子干涉仪中实现所谓的礼帽激光束，以克服使用高斯激光束时遇到的激光强度不均匀的问题。我们描述了礼帽光束的强度和相对相位分布，并证明了它在高斯光束的原子光学效率的增益，与数值模拟一致。我们讨论了应用礼帽光束来提高不同结构的原子干涉仪的性能。
2018-11-08 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Measurement of a $^7$Li tune-out wavelength by phase-patterned atom interferometry
原子干涉仪通常使用干涉仪输出端口的总粒子数作为信号，但更精细的空间结构可以包含有用的信息。我们在原子样本上绘制物质波相位图干涉仪将相位转换成原子密度中的可测量图案，我们使用该图案执行671 nm附近的$^7$ Li调谐出波长的第一次直接精确测量。表示为从$|2S_{1/2},F{=}2\rangle{\rightarrow}|2P_{1/2},F'{=}2\rangle$跃迁的失谐，我们发现对于具有$σ^\pm$光偏振的$|2S_{1/2},F{=}2,m_F{=}0\rangle$态的张量移位调谐出3329.3（1.4）MHz，对于标量偏振度的调谐出3310.1（4.9）MHz。该技术可以推广用于直接感测空间变化的相位轮廓。
2019-04-18 physics.atom-ph
Magic-wavelength matter-wave interferometry with optical clock states
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Center for Quantum Technologies（量子技术中心）
本文实现了基于⁸⁸Sr光钟态的双物质波干涉仪，利用813 nm魔术波长布拉格脉冲操控原子，测得自由下落态相关加速度水平为10⁻⁵，确定³P₀态调零波长，为差分力传感等提供新平台。
2026-08-19 physics.atom-ph
Multiaxis atom interferometry with a single diode laser and a pyramidal magneto-optical trap
原子干涉测量已成为最强大的精密测量技术之一。为了开发简单，精确，多功能的原子干涉仪的惯性传感，我们展示了一个原子干涉仪测量加速度，旋转和倾斜指向拉曼光束对个人面临的金字塔镜。只有一个二极管激光器用于所有功能，包括原子捕获，干涉测量和检测。实现了有效的多普勒灵敏拉曼跃迁，而无需选择原子样品的速度，并且铯超精细基态之间的零差分AC斯塔克位移，提高了信噪比并抑制了系统效应。我们测量重力沿两个轴（垂直和45 $^\circ$垂直），旋转，和倾斜的灵敏度为6 $\,μ$ m/s $^2/\sqrt{\rm Hz}$，300 $\,μ$ rad/s/ $\sqrt{\rm Hz}$，和4 $\,μ$ rad/ $\sqrt{\rm Hz}$，分别。这项工作为大地测量、地质学或惯性导航的可部署多轴原子干涉仪铺平了道路。
2018-02-11 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
