Synchronous Spin-Exchange Optical Pumping
我们描述了一种新的方法，以精确的NMR与超极化气体，旨在减轻NMR频率偏移由于碱金属自旋交换场。光泵碱金属原子的电子自旋极化在惰性气体NMR频率处被方波调制，并且取向横向于NMR偏置场的DC傅立叶分量。稀有气体NMR由与振荡电子自旋的自旋交换碰撞驱动。共振时，碱金属自旋产生的振荡自旋交换场的时间平均力矩为零。实施NMR偏置场作为碱2 $ π$ -脉冲的序列使得碱和稀有气体自旋同步，尽管旋磁比相差1000倍。我们证明了这种方法与Rb和Rb，并观察到新的NMR加宽效应由于横向振荡自旋交换场。当未补偿时，高密度的自旋交换场将NMR线宽加宽一个数量级，对旋进碱金属和非旋进碱金属极化之间的相移的抑制甚至更大（高达70倍）。当我们引入横向补偿场时，我们能够消除自旋交换加宽，恢复通常的NMR相位灵敏度。预计的量子限制灵敏度优于1 nHz/ $\sqrt{\rm Hz}$。
2015-06-29 physics.atom-ph
Dual-Species Synchronous Spin-Exchange Optical Pumping
我们展示了一种新型的量子传感器，用于测量非磁性自旋相关的相互作用。该传感器利用$^{131}$ Rb、$^{129}$ Rb和$^{85}$ Rb，它们在脉冲偏置场的横向上连续极化。这种自旋交换泵浦的Comagnetometer的横向几何结构抑制了纵向极化，这是系统误差的重要来源。两种同位素的同时激发是通过在拉曼拉莫尔共振频率的次谐波处频率调制偏置场脉冲的重复率来实现的。每个偏置脉冲的面积引起Rb的$2π$拉莫尔进动。我们提出了连续的双物种双激发，并讨论了温度依赖的壁相互作用，限制了$^{129}$双极化。Rb原子作为一个嵌入式磁力计，用于探测磁旋进。我们讨论Rb磁强计的相移，并表明，即使是一阶治疗这些相移可以导致在实现的字段抑制的数量级的改善时，执行comagnetometry。所提出的设备的传感带宽为1 Hz，我们证明了7 $μ$ Hz/ $\sqrt{\text{Hz}}$和$\sim1$ $μ$ Hz的偏置不稳定性的白噪声电平。
2019-12-10 physics.atom-ph
Isotope shift of nuclear magnetic resonances in 129Xe and 131Xe caused by spin-exchange pumping by alkali metal atoms
Concern CSRI Elektropribor, JSC（Concern CSRI Elektropribor 股份公司）；Ioffe Institute（约费研究所）
研究了碱金属原子自旋交换泵浦对氙-129和氙-131核磁共振频率异构移位的影响，发现不完全平均不均匀局部磁场是主因，建立的数值模型与实验结果吻合良好。
2019-06-15 physics.app-ph physics.atom-ph
Linear dichroism signals due to the alignment in the ground state of hydrogen-like atoms and their inversion in a single-beam optical pumping scheme
Ioffe Institute（约费研究所）
研究了铯原子在弱磁场中线性极化共振光泵浦下的原子矩对齐动力学，发现非依赖自旋交换展宽的对齐成分，并观测到零磁场下自旋交换松弛抑制效应，与SERF效应相似，为角动量守恒理论提供了新视角。
2025-07-23 physics.atom-ph physics.optics
Hybrid optical pumping of optically dense alkali-metal vapor without quenching gas
光学厚的原子蒸气的光学泵浦通常需要猝灭缓冲气体，例如N $_{2}$，以防止非偏振光子的辐射捕获，这将使原子去偏振。我们表明，在K金属中存在的微量污染的Rb的光泵浦的结果在4.5倍更高的K比直接光泵浦的K在没有N $_{2}$的偏振。这样的自旋交换极化转移从光学薄的物种是有用的，在各种领域，包括自旋极化核散射目标和电子束，量子非破坏自旋测量，和超灵敏磁力。
2010-09-26 physics.atom-ph
Polarization Limits in K-Rb Spin-Exchange Mixtures
我们目前的K蒸汽在795 nm处的光吸收的测量，由于高压He气体的存在。结果设定了一个限制的偏振可达到的混合自旋交换光泵的He-3。
2011-04-26 physics.atom-ph
Spin exchange collision mixing of the K and Rb ac Stark shifts
在一个同时填充K和Rb的混合抽运碱金属蒸气池中，K原子的自旋被激光抽运，Rb原子的自旋通过自旋交换被K原子的自旋极化。我们发现Rb原子的交流斯塔克位移不仅是由远场共振抽运激光调谐到K吸收线引起的Rb原子的交流斯塔克位移，而且还包括K原子自旋的交流斯塔克位移。本文研究了K原子和Rb原子之间的快速自旋交换引起的光频移的混合，并设计了一个K-Rb-21 Ne共磁强计，其中Rb原子的交流Stark频移被碰撞混合所减小。
2016-04-27 physics.atom-ph
Optical Magnetometer: Quantum Resonances at pumping repetition rate of 1/n of the Larmor frequency
研究了SERF原子磁力仪对重复短脉冲泵浦的响应。实验观察到屏蔽层内磁场的拉莫尔频率的重复频率为$1/n$的量子亚共振，并从理论上解释了这种现象。这是一种同步现象。本文介绍了K和Rb的单碱原子晶胞以及混合碱原子晶胞的研究。在后者中，一个物种被泵浦，而探针是通过自旋交换极化的另一个物种。自旋破坏，自旋交换和碰撞的影响进行了研究，以占共振的宽度。对这种现象的三能级$Λ$模型的量子计算表明，在脉冲和CW泵浦模式的情况下，吸收光谱中的共振频率都有下降，这是EIT的证据。
2020-06-17 physics.atom-ph quant-ph
Method for deducing anisotropic spin-exchange rates
使用测量的从碱原子到He-3的自旋转移速率，结合由于He-3和He-4的碱原子的自旋弛豫速率，应该可以区分各向同性和各向异性的自旋交换。这将给出在自旋交换光泵浦中可达到的He-3偏振的基本限制。对于K-He，我们发现极限为0.90+-0.11。
2009-12-04 physics.atom-ph
Analytical model for polarization transfer during gas-phase collision events in spin-exchange optical pumping: Spin-$\frac{1}{2}$ $^{129}$Xe versus spin-$\frac{3}{2}$ $^{131}$Xe
University of Oulu（奥卢大学）
该研究针对自旋交换光泵浦中自旋I>1/2核的极化转移缺乏严格模型的问题，推导了适用于任意核自旋稀有气体的SEOP极化转移上限分析模型，通过实验和数值模拟验证了模型的正确性，解释了¹²⁹Xe与¹³¹Xe极化转移效率的差异。
2026-09-07 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Suppression of Spin-Exchange Relaxation Using Pulsed Parametric Resonance
我们表明，自旋交换退相的拉莫尔进动在近地尺度的字段被有效地消除了敷料的碱金属原子自旋在AC耦合的2 π脉冲序列，在拉莫尔进动频率重复。自旋交换碰撞的光谱线宽度的贡献减少了脉冲的占空比的一个因素。我们的实验表明，共振横向泵浦磁场高达0.1高斯，目前的实验测量的抑制自旋交换弛豫，并显示增强的磁强计响应相对于光窄标量磁强计。
2013-04-12 physics.atom-ph
Antiferromagnetic spin pumping via hyperfine interaction
本文研究了通过超精细相互作用介导的自旋泵浦机制，发现在较重过渡金属中传导电子自旋与核自旋的相互作用可产生极化形式为 $J_s\propto \textbf{I}\times\dot{\textbf{I}}$ 的自旋电流。
2021-12-02 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Magnetic Field Effects on the 1083 nm Atomic Line of Helium. Optical Pumping of Helium and Optical Polarisation Measurement in High Magnetic Field
用原子哈密顿量的不同近似，研究了在外加磁场B中，$^{3}$ He和$^{4}$ He的激发$2^{3}$ S和$2^{3}$ P三重态的结构. 1083 nm $2^{3}$ S- $2^{3}$ P跃迁的所有光学跃迁（谱线位置和强度）均作为B的函数计算。本文研究了在任意场B中同位素混合物的一般情况下，基态原子与$2^{3}$ S亚稳态原子间的亚稳态交换碰撞效应，导出了这些态原子布居的速率方程。结果表明，通常的自旋温度描述仍然有效。基于这些速率方程的一个简单的光抽运模型被用来研究由交换碰撞引起的布居数耦合的B依赖性。使用单频激光二极管对1083 nm跃迁进行简单的光谱测量。频率扫描和跃迁强度测量的准确性进行了研究。在B=0 ~ 1.5T范围内进行了系统的实验验证。观察到高场超精细退耦产生的光抽运效应与简单模型的预测符合得很好。基于适当选择的1083 nm吸收测量，本文描述了一种测量任意场中基态原子核极化的通用光学方法。它被证明在$B\sim$ 0.1 T，一个领域，通常的光学方法不能操作。
2002-06-24 physics.atom-ph
Effective Conservation and Bistability of Atomic Alignment under Strong Spin~Exchange
Ioffe Institute（约费研究所）
针对稠密铯蒸气在强自旋交换下异常排列信号，提出唯象模型，将各向异性窄共振、磁滞和双稳态归因于取向与排列双向耦合的集体模式，该模式作为储库实现排列的有效守恒。
2026-10-08 physics.atom-ph
Spin-Exchange-Relaxation-Free Magnetometry Using Elliptically-Polarized Light
无自旋交换弛豫的碱金属磁力计通常在高光密度的范围内工作，这对简单有效的光泵浦和检测提出了挑战。我们描述了一个高灵敏度的Rb磁强计使用一个单一的椭圆偏振非共振激光束。光的圆形分量产生相对均匀的自旋偏振，而线性分量用于测量原子产生的旋光度。用振荡磁场调制原子自旋方向会将检测到的信号移到高频。使用光纤耦合的DFB激光器，我们实现了7 fT/ $\sqrt{% \mathrm{Hz}}$与微型$5\times5\times5$毫米Rb蒸气室的磁场灵敏度。
2009-03-13 physics.atom-ph
Investigations of optical pumping for magnetometry using an auto-locking laser system
我们研制了一种用于高精度磁力测量的多功能脉冲激光系统。该系统的工作波长可以被配置为光学泵浦诸如铷和铯的碱蒸气。该激光系统由一个自动锁定，干涉滤波器稳定，外腔二极管激光器（ECDL），锥形波导放大器，和脉冲模块。自动锁定控制器可以由未经训练的操作员使用，以相对于原子、分子和固态光谱标记库稳定激光频率。在连续波（CW）模式下，ECDL输出可以从20 mW放大到2 W。脉冲模块，其中包括一个声光调制器（AOM），可以产生脉冲的持续时间为20纳秒和几MHz的重复率。因此，该激光系统非常适合于诸如重力测量、磁力测量和差分吸收激光雷达等应用。在这项工作中，我们专注于磁强计的应用，并证明激光源是适合于光学泵浦铷蒸气。我们还描述了光抽运相关的铷D1和D2跃迁分别在795 nm和780 nm的数值模拟。这些研究是相关的新一代便携式，铷，自旋交换弛豫自由（SERF）磁力计，能够灵敏度为1 fT Hz-1/2 1的设计和建设。
2018-05-18 physics.atom-ph
Optical pumping of alkali-metal vapor in the quasi-high-pressure regime
Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）
本文研究了在准高压条件下碱金属蒸气的光学泵浦，提出了一种统一的理论框架，揭示了碰撞展宽与基态超精细分裂相比时光学泵浦特性变化，为原子磁力计在实际缓冲气体压力下的应用提供指导。
2026-09-10 physics.atom-ph quant-ph
A broadband Ytterbium-doped tunable fiber laser for 3He optical pumping at 1083 nm
在中子自旋滤波器或人肺核磁共振成像中，需要大量的具有高核极化率的超极化~3He气体。利用多模激光器激发1083nm处的23S-23P跃迁，通过亚稳态交换光泵浦可以获得非常高的效率。宽带掺镱可调谐光纤激光器已被设计用于该特定应用。不同的选择的光纤振荡器的架构和比较。重点介绍了一种包括高反射率光纤镜和低反射率可调谐光纤光栅的线性谐振腔结构。进行光学测量以精细地表征激光器的光谱行为。原子响应也定量探测，以评估光泵浦振荡器的最佳设计。多模操作匹配的2 GHz的多普勒展宽氦共振线和可调谐性超过200 GHz的证明。用掺Yb光纤功率放大器提高该光纤激光器的输出，构建全光纤设备以提供1083 nm处的鲁棒的高功率交钥匙源，用于改进激光偏振3He的生产。
2004-02-24 physics.atom-ph physics.optics
The Development of High-Performance Alkali-Hybrid Polarized $^3\mathrm{He}$ Targets for Electron Scattering
我们提出了高性能极化$^3\mathrm{He}$目标的发展，用于电子散射实验，利用碱混合自旋交换光泵浦技术。我们包括在表征24个单独的靶细胞期间获得的数据，每个靶细胞是在弗吉尼亚州纽波特纽斯的杰斐逊实验室准备四个实验之一时构建的。这里提出的结果证明了极化$^3\mathrm{He}$目标性能的显著改善，以及使这些改善成为可能的目标特性和操作参数。在我们的测量中包括对所谓的$X$的确定-量化温度依赖性和迄今为止知之甚少的自旋弛豫机制的因子，该机制将最大可实现的$^3\mathrm{He}$极化限制在远低于100%。在我们的数据中，这种自旋弛豫机制的存在是显而易见的。我们还提出了从模拟的碱金属的自旋交换光泵的过程中，开发这些目标的设计提供指导的结果。通过包括非共振光泵浦等细节，获得了与实际性能的良好一致性。现在以实验数据为基准，模拟对未来目标的设计是有用的。我们的结果包括在503 K到563 K温度范围内测量$\mathrm{K}$ - $^3\mathrm{He}$自旋交换速率系数$k^\mathrm{K}_\mathrm{se} = \left ( 7.46 \pm 0.62 \right )\!\times\!10^{-20}\ \mathrm{cm^3/s}$。
2015-04-21 hep-ex nucl-ex physics.atom-ph
Anomalous suppression of spin-exchange relaxation in alignment signals in cesium in ultra-weak magnetic fields
Ioffe Institute（约费研究所）
研究了超弱磁场中铯原子矩对齐动力学，发现某些对齐分量的弛豫不依赖自旋交换展宽，观察到零磁场中自旋交换弛豫抑制现象，与SERF效应类似，对角动量守恒理论有启示。
2025-07-14 physics.atom-ph
Optical Magnetometer Array for Fetal Magnetocardiography
我们描述了一个阵列的自旋交换弛豫自由光学磁强计设计用于检测胎儿心磁图（fMCG）信号。单独的磁力计被配置为具有强光泵浦的小体积，被大的无泵浦区域包围。扩散出光泵浦区的自旋极化原子在环境磁场中进动，并被探测激光探测到。四个这样的磁力计，在一个7厘米的正方形的角落处，被配置用于梯度测量，通过将一个磁力计的输出反馈到场线圈，以使频率高达200 Hz的均匀磁场噪声为零。使用这个阵列，我们提出了使用原子磁力计的fMCG信号的第一次测量。
2012-02-22 physics.atom-ph
Quantum Transport of Rydberg Excitons with Synthetic Spin-Exchange Interactions
我们提出了一个方案，工程量子输运动力学的自旋激发链的激光修饰的里德伯原子，介导的合成自旋交换所产生的对角范德华相互作用。我们的计划的动态可调性和长程相互作用的功能，允许在传统的自旋系统中无法实现的运输物理的探索。作为两个具体的例子，我们首先展示了一个拓扑激子泵浦协议，有利于量子纠缠转移，其次，我们讨论了一个高度非本地相关的传输现象，即使在存在的退相持续存在。与以前的方案不同，我们的建议既不需要共振偶极-偶极相互作用，也不需要非对角范德华相互作用。它可以很容易地在现有的实验系统中实现。
2019-07-17 physics.atom-ph quant-ph
