Dual-Mode Operation of an Optical Lattice Clock Using Strontium and Ytterbium Atoms
我们已经开发了一种光晶格时钟，它可以工作在两种模式：锶（Sr）时钟模式和镱（Yb）时钟模式。Sr-Yb光晶格时钟的双模操作是通过在时钟的真空室内交替冷却和捕获$^{87}$ Sr和$^{171}$ Yb原子来实现的。Sr和Yb原子的光晶格分别以水平和垂直配置排列，导致被捕获的Sr和Yb原子之间的小距离为100 $μ$ m。依次询问俘获原子中的$^{1}$ S $_{0}$ - $^{3}$ P $_{0}$时钟跃迁，并将时钟激光器稳定到跃迁。我们利用Sr-Yb光晶格时钟的双模工作原理，实现了Sr和Yb时钟跃迁频率比的测量。由于Sr和Yb原子共享相同的黑体辐射，双模操作可以降低频率比测量中黑体辐射漂移的不确定性。
2018-06-06 physics.atom-ph
Integrated optical addressing of a trapped ytterbium ion
我们报告的加热速率和光致电荷的表征上的微加工表面离子阱集成波导。微加工表面离子阱作为量子信息平台，由于其可扩展性和可制造性而受到相当大的关注。在这里，我们的特点交付435 nm的光通过波导和衍射耦合器到一个单一的镱离子在一个紧凑的陷阱。我们在室温下测量$0.78\pm0.05$ q/ms的轴向加热速率，并且没有看到由于波导的存在而增加。此外，由于暴露的电介质外耦合器的充电引起的电场在初始移位之后在正常操作下稳定。稳定后的频率不稳定性测量为0.9 kHz。
2021-04-27 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Systematic Shifts for Ytterbium-ion Optical Frequency Standards
对波长分别为435.5nm和467 nm的四极和八极跃迁的单阱镱离子光频标的投影系统不确定度进行了估算。离子的有限温度及其与外部场的相互作用导致测量频率相对于其绝对值的漂移。由于电四极矩，诱导极化和离子的过度微动的频移依赖于电场，这是在这篇文章中估计。阱电极的几何形状也会产生不需要的电场，这在我们的计算中已经考虑到了。还估计了在环境温度下由于电磁辐射引起的磁场感应位移和斯塔克位移。在CSIR-NPL，我们正在开发一种基于八极跃迁的频率标准，其系统不确定性比使用四极跃迁的频率标准小一个数量级，如本文所述。
2014-05-21 physics.atom-ph
Measurement of Differential Static Polarizability and Frequency of an Inner-Shell Orbital Clock Transition in Lattice-Trapped 174Yb
State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University（精密光谱学国家重点实验室，华东师范大学）
本研究测量了晶格束缚174Yb内壳层轨道跃迁的微分静态极化率和频率，为寻找标准模型外的新物理提供了新数据。
2026-01-19 physics.atom-ph
Parity violation in atomic ytterbium: experimental sensitivity and systematics
我们提出了一个详细的描述，观察宇称违反在1 S 0 - 3D 1 408 nm禁戒跃迁的镱，其中出现了一个简短的报告。线偏振408 nm光与Yb原子在交叉E场和B场中相互作用。408-nm跃迁的概率包含与（Elight . B）[（E x Elight）. B]，由E场（Elight是光的电场）引起的宇称违反振幅和斯塔克振幅之间的干涉引起。跃迁概率通过测量3 P0态的布居数来检测，其中65%的原子被激发到3D 1态自发衰变。3 P0态的布居数是通过用649 nm的光共振激发原子到6s 7s 3S 1态并收集其衰变产生的荧光来确定的。在辅助实验中确定了由于E场和B场缺陷引起的系统校正。的统计不确定性占主导地位的寄生频率偏移的408 nm的激发光由于不完善的稳定性的光学参考相对于原子共振。目前的不确定性是9%的统计和8%的系统。为今后的实验提高精度的方法进行了讨论。
2010-01-04 physics.atom-ph
Portable laser-cooled ytterbium beam clock based on an ultra-narrow optical transition
Institute for Photonics and Advanced Sensing (IPAS) and School of Physics, Chemistry and Earth Sciences, University of Adelaide（阿德莱德大学光子学与先进传感研究所及物理、化学与地球科学学院）；School of Mathematics and Physics, University of Queensland（昆士兰大学数学与物理学院）
本文报道了一种基于超窄光学跃迁的便携式激光冷却铒原子钟，展示了其在动态环境中独立时间源的应用潜力。
2026-03-26 physics.atom-ph
Compact laser system for a laser-cooled ytterbium ion microwave frequency standard
基于$^{171}\mathrm{Yb^{+}}$在~12.6 GHz的基态跃迁的可移动微波频率标准的发展需要一个紧凑的激光系统用于冷却离子，清除长寿命状态，也用于光电离。在本文中，我们描述了一个合适的紧凑型激光器系统的发展的基础上，6 U高度机架安装的安排与整体尺寸$260 \times 194 \times 335$ mm。激光输出在369 nm（用于冷却），399 nm（光电离），935 nm（再泵浦）和760 nm（状态清除）被组合在光纤布置中，用于递送到我们的线性离子阱，并且我们通过$^{171}\mathrm{Yb^{+}}$离子的冷却来演示该系统。此外，我们表明，在935 nm和760 nm的激光分别接近水蒸气和氧气的吸收线的频率，特别是在760 nm，我们表明，一个$^{171}\mathrm{Yb^{+}}$过渡内的氧气线的压力加宽的轮廓。这些分子跃迁形成用于稳定$^{171}\mathrm{Yb^{+}}$频率标准的激光的方便的波长参考。
2019-03-27 physics.atom-ph
Atomic frequency reference at 1033 nm for ytterbium (Yb)-doped fiber lasers and applications exploiting a rubidium (Rb) 5$S_{1/2}$ to 4$D_{5/2}$ one-colour two-photon transition
利用自行研制的掺镱光纤放大器，在1033 nm波长下实现了铷原子从基态（5 $S_{1/2}$）到激发态（4 $D_{5/2}$）的双光子跃迁.这是第一次证明原子频率参考在1033 nm，以及一个单色双光子跃迁的上述能级。本文提出了一种简单的双光子跃迁荧光光谱系统的光学装置，它可用于大类激光器的稳频。这种光谱学在光纤激光器工业中具有潜在的应用，特别是对于掺Yb光纤激光器，作为频率参考。这种双光子跃迁在原子物理学中也有应用，如无背景的高分辨率原子探测和量子通信，这在本文中概述。
2017-04-05 physics.atom-ph physics.optics
Fiber-comb-stabilized light source at 556 nm for magneto-optical trapping of ytterbium
在556 nm处发射的频率稳定的光源通过将1112 nm激光器倍频来实现，该1112 nm激光器被锁相到基于光纤的光学频率梳。1112 nm激光器是掺镱（Yb）分布反馈光纤激光器或使用外腔二极管激光器作为主激光器的主从激光器系统。我们已经在五天的时间内实现了光源的连续频率稳定。在此光源下，我们利用1 S 0 - 3 P1互组合跃迁完成了Yb原子的第二阶段磁光俘获。当使用飞行时间方法测量时，MOT中的超冷原子的温度为40 uK，并且这足以将原子装载到光晶格中。基于光纤的频率梳是冷原子实验中控制激光频率的有效工具。
2010-05-18 physics.atom-ph physics.optics
Frequency stabilization of a 650 nm laser to I$_{2}$ spectrum for trapped $^{138}$Ba$^{+}$ ions
Ba $^{+}$离子的光学操纵主要通过用于S $_{1/2}$ -P $_{1/2}$跃迁的493 nm激光和用于P $_{1/2}$ -D $_{3/2}$跃迁的650 nm激光来执行。由于单个Ba $^{+}$离子的493 nm和650 nm跃迁之间的分支比是相当的，所以两种激光器的稳定系统对于多普勒冷却、亚多普勒冷却、光学泵浦和状态检测同样重要。已经很好地建立了493 nm激光到绝对Te $_2$参考的稳定系统。然而，650 nm激光器的稳定性以前没有提出过。在这里，我们报告20个光谱线的I $_{2}$在0.9 GHz的范围以上的P $_{1/2}$ -D $_{3/2}$过渡的共振。我们稳定的650 nm的激光通过光学腔中的最低的一个这些线，这是约350 MHz的距离，作为绝对频率参考。此外，我们还测量了这些碘线与Ba $^+$共振之间的频率差，得到了与理论预期一致的暗态分辨荧光激发谱。所提出的稳定方案使我们能够进行精确的实验与Ba $^{+}$离子。
2018-05-16 physics.atom-ph
Threshold and frequency properties of a cold ytterbium laser
本文研究了冷镱原子在高精细度腔内的激光作用，重点分析了其激光阈值与频率特性，并与理论模型进行了比较。
2024-04-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Continuous-wave virtual-state lasing from cold ytterbium atoms
传统的激光器基于具有三个或四个实能级的增益介质，而包括虚能级和双光子过程的非传统激光器提供了新的机会。我们研究激光，涉及通过一个虚拟的较低的水平，我们实现了在一个云的冷镱原子的磁光被困在一个空腔内的双光子过程。我们泵浦窄的$^1$ S $_0$ $\to$ $^3$ P $_1$线上的原子，并在同一跃迁上产生激光辐射。通过输出功率与功率的阈值特性验证了激光的产生。泵浦功率和原子数、高于阈值的平坦$g^{(2)}$关联函数以及输出的偏振特性。在所提出的激光机制中，MOT光束产生激光跃迁的虚拟低能级。激光过程连续运行，不需要进一步的再泵浦，并且可以适用于其他原子或跃迁，例如镱中的超窄$^1$ S $_0$ $\to$ $^3$ P $_0$时钟跃迁。
2018-08-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Two-color Ytterbium MOT in a compact dual-chamber setup
提出一种紧凑型双腔装置制备超冷镱原子的双色MOT方案，利用2D MOT与3D MOT结合宽窄跃迁实现高效原子积累与冷却，并发现三重态布居使俘获原子数翻倍。
2024-12-09 physics.atom-ph quant-ph
Fast photon-mediated entanglement of continuously-cooled trapped ions for quantum networking
本文提出利用真空内高数值孔径物镜收集可见光子并干涉探测，实现钡离子量子比特的高保真纠缠，同时引入镱离子协同冷却，使纠缠速率达到每秒250次，为量子网络提供连续高效的纠缠源。
2024-07-03 physics.atom-ph quant-ph
Trapped arrays of alkaline earth Rydberg atoms in optical tweezers
具有里德伯介导相互作用的中性原子量子比特是开发大规模相干量子系统的领先平台。在迄今为止的大多数实验中，里德伯态没有被限制基态原子的相同势捕获，导致原子损失和对可实现的相互作用时间的限制。在这项工作中，我们证明了里德堡态的碱土金属原子，镱，可以稳定地捕获相同的红色失谐光镊，也限制了基态，通过利用Yb $^+$离子核心的极化率。使用以前未观察到的\tripletS系列，我们证明了捕获的里德伯原子寿命超过$100\,μ$ s，并观察到没有证据的自动或光电离从陷阱光为这些国家。我们测量了$T_2 = 59$和$μ$在两个里德堡能级之间的相干时间，超过了相同条件下未被俘获的里德伯原子的28个$μ$的寿命。这些结果对于延长里德伯原子阵列的相互作用时间进行量子模拟和计算是有希望的，并且对于在循环态或低温环境中利用延长的Rydberg寿命是至关重要的。
2019-12-19 physics.atom-ph quant-ph
A linear rotor trapped and coupled to the vibrational modes of an ion crystal
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Universidad de Granada（格拉纳达大学）；Helmholtz Institut Mainz（美因茨赫尔姆霍兹研究所）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（GSI重离子研究中心）；Johannes Gutenberg University（约翰内斯·古腾堡大学）
该研究针对共囚禁于保罗阱的分子离子与原子离子，确定了考虑分子超精细结构的共振偶极-声子耦合条件，提出用边带分辨激光光谱和退相干测量探测该耦合的方案，为量子控制提供了可行路径。
2026-09-04 physics.atom-ph quant-ph
Frequency stabilization of an ultraviolet laser to ions in a discharge
我们稳定的紫外二极管激光系统在369.5 nm的光吸收信号从Yb+离子在空心阴极放电灯。用于稳定的误差信号通过3GHz宽吸收特征的塞曼光谱获得。的频率稳定性是独立测量的比较对荧光信号从激光冷却晶体的174Yb+离子在线性保罗陷阱。我们测量1.7 MHz RMS的频率波动超过1000 s，和20 MHz的频率漂移超过7天。该方法适用于囚禁离子晶体的量子信息处理实验。
2008-06-11 physics.atom-ph physics.optics
Frequency doubling and stabilization of a Tm,Ho:YLF laser at 2051 nm to a high finesse optical cavity
来自在2051 nm处工作的Tm，Ho：YLF激光器的光被倍频，然后耦合到制造商引用的精细度超过300，000的高法布里-珀罗腔中。使用Pound-Drever-Hall（PDH）方法稳定激光器的频率。双通道反馈电路允许激光频率稳定，带宽为2 MHz。该激光系统已被用于驱动138 Ba+中的6S 1/2到5D 3/2跃迁，其中已观察到2 ms的激光离子相干时间，表明线宽小于500 Hz。分析了该系统的强度噪声，发现对于针对单个捕获的钡离子的几个拟议实验来说是可以接受的。
2011-05-23 physics.atom-ph physics.ins-det
Beat note stabilization of mode-locked lasers for quantum information processing
为了实现对量子信息的相干操纵，我们在来自同一锁模激光脉冲训练的两个光场之间稳定一个选定的射频拍频。该方案不需要激光重复率的接入或主动稳定。我们实现和表征这种外部锁定，在双光子受激拉曼跃迁的超精细基态之间的捕获171-Yb+量子比特的上下文中。
2013-12-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Single-ion, transportable optical atomic clocks
在过去的15年里，在激光稳定、光学频率梳和原子冷却与囚禁等领域取得了巨大的进展，使得光学原子钟具有无与伦比的性能。这些仪器可以进行频率比较，分数不确定度远低于$10^{-17}$，发现在基础物理测试，相对论大地测量，时间和频率计量的应用。尽管目前大多数光学钟都是实验室设置，但已经发表了几种将这些钟用于现场测量或在光学钟网络中使用的建议，并且大多数时间和频率计量机构已经开始开发可移动的光学钟。为了这个特殊的问题，我们选择集中在捕获离子光学时钟。尽管它们的短期分数频率稳定性因较低的信噪比而受损，但它们提供了很高的紧凑性潜力：捕获的离子需要低的光功率和简单的加载方案，并且可以被捕获在小的真空室中。我们回顾了时钟关键部件的最新进展，包括离子阱和超稳定光学腔，以及现有的项目和实验，描绘了未来可移动的单离子光学时钟可能类似的画面。
2018-04-06 physics.atom-ph
Broadband lasers for photo-ionization and repumping of trapped ions
介绍了一种用于囚禁离子实验的稳频宽带激光器。由于该设计是基于广泛使用的半导体光放大器技术，类似的激光器可以实现几乎任何波长的近红外线，相干特性和输出功率允许有效的二次谐波产生。不需要闭环频率稳定来解决多普勒或自然加宽、偶极允许的跃迁，并且光源可以在亚微秒响应时间的测量周期期间打开和关闭。作为实例研究，实现了输出功率为20mW、线宽为10GHz的921.7nm激光器，并将其倍频到460.9nm，用于锶的激发，作为光电离的第一步。的激发效率相比，可实现与窄线宽分布布拉格反射器激光器以及理论。
2019-01-24 physics.atom-ph physics.optics
Experimental observation of strong field stabilization
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
利用囚禁中性原子模拟强激光场中束缚电子的动力学，实验观测到基态强场稳定化现象，包括波包分叉、电离率非单调变化及稳定化区域，验证了极端量子动力学中的长期预测。
2026-07-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Long-term laser frequency stabilization with an FPGA-controlled scanning cavity
University of Trieste（的里雅斯特大学）；Elettra Sincrotrone Trieste S.C.p.A.（Elettra 特里埃斯特同步辐射中心）；Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-INO)（意大利国家光学研究所）；Istituto Officina dei Materiali del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IOM)（意大利国家材料工坊研究所）；Department of Engineering and Architecture, University of Trieste（的里雅斯特大学工程与建筑系）
提出基于FPGA的扫描转移腔锁定方案，通过连续扫描法布里-珀罗腔同时稳定多个激光器，利用低延迟实现快速扫描，达到亚MHz长期稳定，并验证于镱原子磁光阱实验。
2026-06-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.ins-det
Development and Evaluation of a Narrow Linewidth Laser System for 171Yb+ E2 Transition
我们报告的建设和表征的窄线宽激光系统询问的E2时钟跃迁在436 nm的镱离子被困在端盖陷阱。基频下的871 nm种子激光器参考10 cm长的带切口ULE腔。激光系统的输出被传送到一个窄线宽飞秒光纤梳，这是一个超稳定的698 nm激光器，相位噪声消除光纤链路。在1 ~100 s内，激光器与梳齿之间的拍频为亚Hz线宽，稳定性优于2 E-15。同时验证了自行研制的窄线宽单点倍频掺铒光纤梳状光栅871 nm波长扩展端口的性能。
2023-03-01 physics.atom-ph physics.optics
The Effect of Micromotion and Local Stress in Quantum simulation with Trapped Ions in Optical Tweezers
本研究探讨了光学镊子囚禁离子量子模拟中微运动、局部应力及强度噪声对相互作用的影响，发现微运动可规避，局部应力增益可忽略，但需亚百分比强度稳定。
2022-02-28 cond-mat.str-el physics.atom-ph quant-ph
Laser stabilisation to neutral Yb in a discharge with polarization enhanced frequency modulation spectroscopy
原子的同位素选择性光激发对于中性原子的实验、计量学和捕获离子的工作（包括量子信息处理）是重要的。利用偏振增强吸收光谱技术，在398.9 nm波长下对可调谐外腔半导体激光二极管系统进行了稳定频率的研究，并用于Yb原子的同位素选择性光电离。该光谱技术用于测量来自透视配置镱空心阴极放电灯内的转变的同位素分辨色散特征。这种无多普勒二向色偏振光谱是通过将激光束回射通过放电并利用平衡检测分析偏振相关吸收来实现的。利用外腔激光二极管的电流调制引起的频率调制的锁定检测来恢复光谱信号。在这里，我们展示了使用偏振增强吸收光谱的同位素选择性加载的$^{171}$ Yb $^+$，$^{172}$ Yb $^+$，或$^{174}$ Yb $^+$离子到RF保罗陷阱。
2020-06-22 physics.atom-ph physics.optics
Multi-laser stabilization with an atomic-disciplined photonic integrated resonator
University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；General Technical Services（通用技术服务公司）；DEVCOM Army Research Laboratory South（DEVCOM陆军研究实验室南部分部）
本文提出一种基于光子集成的780nm高Q可调硅氮参考腔，实现多激光稳定、高分辨率铷光谱学及稳定性转移，展示了低功耗、高精度的量子传感应用。
2025-09-17 physics.atom-ph physics.optics
Feasibility of a trapped atom interferometer with accelerating optical traps
本文提出利用光偶极阱加速并囚禁原子的高带宽原子干涉仪装置，解决了演化时间与灵敏度/带宽的矛盾，在1 Hz和1 kHz下均显著提升了加速度测量灵敏度。
2024-06-26 physics.atom-ph quant-ph
Unpolarized, incoherent repumping light for prevention of dark states in a trapped and laser-cooled single ion
通常用于激光冷却离子捕获研究的许多离子种类具有低位亚稳2D 3/2态，其可以由于来自2P 1/2激发态的自发发射而变得充满。这需要再泵浦激光器来将离子维持在多普勒冷却循环中。通常，2D 3/2态，或者如果离子具有核自旋，则它的一些超精细成分，具有比再泵浦跃迁的上态更高的多重性。这可能导致暗态，其必须通过外部磁场或通过调制再泵浦激光器的偏振来不稳定。我们建议使用非偏振，非相干放大自发发射（ASE）驱动的再泵浦跃迁。与激光器相比，ASE光源具有几个优点。它可以在无外部极化调制的情况下防止暗态的形成，即使在零磁场中，它也可以同时驱动多个超精细跃迁，并且不需要频率稳定。这些特点使它非常紧凑和强大的，这是必不可少的实用，便携式光学离子钟的发展。我们构建了一个理论模型的ASE辐射，包括源被部分偏振的可能性。以~（88）Sr~+为例，通过数值求解所涉及能级的八能级密度矩阵方程，分析了与单模激光器相比，ASE光源的性能。最后导出了一个约化的三能级系统，得到了一个计算激发态布居数和散射率的简单公式，可用于优化实验参数。所需的ASE功率谱密度可以用现有技术获得。
2013-02-01 physics.atom-ph quant-ph
Pound-Drever-Hall Feedforward for Trapped-Ion Optical Qubits
National University of Singapore（新加坡国立大学）
研究针对囚禁离子光学量子比特激光相位噪声问题，开发基于庞德-德雷弗-霍尔前馈方法的有源相位噪声稳定系统，用光纤电光调制器和电前馈伺服抑制噪声，提升相干时间，且该技术易适配其他光学量子比特。
2026-07-28 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
High-bandwidth transfer of phase stability through a fiber frequency comb
我们演示了相位锁定的729 nm的二极管激光器的1542 nm的主激光器通过掺铒光纤频率梳，使用传输振荡器前馈方案，抑制梳状噪声的影响，在前所未有的1.8 MHz带宽。我们通过对捕获的钙离子进行相干操作来说明其性能，即使在几微秒的时间尺度上也具有99%的保真度。因此，我们证明了转移振荡器锁定可以提供足够的相稳定性高保真量子逻辑操作，即使没有预稳定的从二极管激光器。
2015-06-30 physics.atom-ph physics.optics
