Dual frequency calibration to build a portable vapor cell optical clock with improved stability and without a frequency comb
本文提出双干涉仪四波混频双频校准方法，构建无光学频率梳的便携式光学原子钟，将一秒稳定度提升至$1.3\times10^{-15}$。
2025-07-07 physics.atom-ph quant-ph
Nonclassical photon pairs from warm atomic vapor using a single driving laser
非经典光场的产生是量子光学研究和量子信息技术应用的重要手段。基于热原子蒸气中的自发四波混频过程，提出了非经典关联光子对源的实现方法。原子仅由单束激光以逆反射方式激发，并采用窄带频率滤波来选择关联光子对。通过分析光场的统计特性，证明了产生的光场的非经典性。所提出的源的测量参数的承诺进一步适用于有效的相互作用与原子系综。
2017-12-01 physics.atom-ph quant-ph
How to build a magnetometer with thermal atomic vapor: A tutorial
本文旨在作为一个循序渐进的指导光泵磁力计的基础上碱原子蒸气细胞。首先，我们一般介绍原子磁光响应，以及预期的磁强计性能优点，以及它们是如何受到主要噪声源的影响。接下来是对不同磁强计实现的简要比较和当前研究的概述，旨在帮助读者确定最适合特定应用的磁强计类型。接下来，我们讨论一些实际的考虑，实验实现，使用的情况下，$M_z$磁强计的设计过程的一个例子。最后，一个互动的工作簿与真正的磁力计数据提供说明磁力计性能分析。
2023-01-20 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Quantum trajectories in spin-exchange collisions reveal the nature of spin-noise correlations in multi-species alkali vapors
碱蒸汽中的自旋交换碰撞是一些基础和应用研究的基础，如原子核结构研究和基本对称性测试、超灵敏原子磁力计、磁共振和生物磁成像。自旋交换碰撞导致自旋相干性的损失，并伴随产生自旋噪声，这两种现象都是量子精密测量的核心。在这里，我们开发的自旋交换碰撞的量子轨道图片，符合他们长期以来的系综描述使用密度矩阵。然后，我们使用量子轨迹来揭示自旋噪声相关性的性质，自发地建立在多物种的原子蒸气，经常用于最敏感的自旋测量。
2019-10-11 physics.atom-ph quant-ph
Magnetically Induced Transparency-Absorption and Normal-Anomalous Dispersion Characteristics of ${}^{87}\text{Rb}$ Medium or Any J-Type Configuration Atomic Vapors Subject to a Vector Magnetic Field and a Weak Resonant Pump
Alikhanyan National Laboratory (Yerevan Physics Institute)（阿利哈尼扬国家实验室（耶烈万物理研究所））；Institute for Physical Research, Armenian National Academy of Sciences（亚美尼亚国家科学院物理研究所）
本研究通过分析${}^{87}\text{Rb}$介质或J型原子蒸气在矢量磁场和弱共振泵作用下的MITA/MINAD特性，揭示了频率依赖的透明吸收与正常异常色散现象，为高精度磁力计和光子功能优化提供理论支持。
2026-01-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Coupling a thermal atomic vapor to an integrated ring resonator
在具有许多节点的网络内的强相互作用的原子-腔系统构成了量子互联网的可能实现，该量子互联网允许在同一平台上进行量子通信和计算。为了实现这种大规模的量子网络，纳米光子谐振器是有希望的候选者，因为它们可以可扩展地制造并与波导和光纤互连。通过将环形谐振器阵列集成到一个蒸汽室中，我们发现室温以上的热铷原子可以耦合到光子腔中，作为芯片级混合电路的构建模块。虽然在第一次实现中还没有实现强耦合，但我们的方法为原子-腔系统的小型化和可扩展性迈出了关键一步。
2016-05-19 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg-atom based radio-frequency electrometry using frequency modulation spectroscopy in room temperature vapor cells
基于里德伯原子的电测法能够在从千兆赫到太赫兹的大频率范围内以高灵敏度进行可追踪的电场测量。这种测量对于射频和太赫兹器件的校准以及诸如电场的近场成像的其他应用特别有用。我们利用频率调制光谱技术和剩余幅度调制的主动控制来提高里德伯原子基射频电测量的光学读出的信噪比。还实现了信号的匹配滤波。虽然我们已经达到了类似的高灵敏度与其他读出方法，调频光谱是有利的，因为它非常适合于建立一个紧凑的，便携式传感器。在当前的实验中，实现了$\sim 3 μV cm^{-1}Hz^{-1/2}$灵敏度，并且发现其是光子散粒噪声限制的。
2017-02-01 physics.atom-ph quant-ph
Exploiting non-orthogonal eigenmodes in a non-Hermitian optical system to realize sub-100 MHz magneto-optical filters
非厄米物理学是光学研究中观察到的许多反直觉效应的原因，为传感，偏振控制和测量开辟了新的可能性。非厄米矩阵的标志是非正交本征向量导致模式之间耦合的可能性。在磁光滤波器和其他基于双折射的器件中，传播模式耦合的优点很少被探索。磁光滤波器通过在存在磁场的情况下使光穿过原子介质来选择超窄透射区域。无源滤波器设计传统上受到热蒸汽多普勒展宽的限制。即使对于包含泵浦激光器的滤波器设计，对于亚多普勒特征，传输通常小于15%。在这里，我们利用我们对非厄米物理的理解，在蒸汽中诱导非正交传播模式，实现更好的磁光滤波器。我们设计了两个新的滤波器，其ENBW和最大透过率分别为181 MHz，42%和140 MHz，17%，这两个滤波器分别是最高品质因数和第一个亚100 MHz FWHM无源滤波器。这项工作开辟了一系列新的滤波器应用，包括在实验室环境之外使用的滤波器设备，并推荐滤波作为深入探索非厄米物理学的新候选者，例如简并的特殊点。
2023-02-28 physics.atom-ph physics.optics
Femtosecond frequency comb measurement of absolute frequencies and hyperfine coupling constants in cesium vapor
我们测量了^{133}Cs蒸气中8 S_{1/2}，9 S_{1/2}，7 D_{3/2}和7 D_{5/2}态的绝对跃迁频率和超精细耦合常数。通过6 P_{1/2}或6 P_{3/2}中间态的逐步激发直接用来自稳定的飞秒激光器光学频率梳的宽带激光执行。激光束被分裂，反向传播和聚焦到一个室温的铯蒸气室。扫描频率梳的重复率，并且我们在激发态的衰变的7 P_{1/2,3/2} -> 6 S_{1/2}分支上检测荧光。通过在激光束路径中引入窄带干涉滤波器，隔离了不同状态的激发。使用非线性最小二乘法，我们发现测量的过渡频率和超精细耦合常数，是在协议与其他最近的测量8 S状态，并提供两个数量级的改进比先前公布的结果为9 S和7 D状态。
2010-01-18 physics.atom-ph
Observations of Ultrafast Superfluorescent Beatings in a Cesium Atomic Vapor Excited by Femtosecond Laser Pulses
蒸气中单个原子的自发发射持续纳秒，如果不是微秒的话，这种发射中的跳动只涉及直接激发的能量子能级。相比之下，超荧光发射在大大减少的时间尺度上爆发，并且它们的跳动涉及直接和间接激发的能量子能级。在这项工作中，皮秒和飞秒超荧光拍观察到从一个致密的铯原子蒸气。铯原子被60飞秒长、800 nm的激光脉冲激发，通过双光子过程进入基态6S和激发态8S的相干叠加态。作为瞬态四波混频过程的一部分，我们记录并研究了6S-7P低跃迁的耦合超荧光蓝光。延迟的建立时间，这种蓝光测量作为输入激光束功率的函数，使用高分辨率2 ps条纹相机。随着蒸汽温度降低，原子数量减少一半，依赖于功率的累积延迟时间始终加倍。在低功率和密度下，观察到代表基态分裂的具有100皮秒周期的拍频。所产生的蓝光的自相关测量表现出与230 fs的准周期的拍频对应的分裂的7P级主要在较低的输入激光功率。理解并最终控制超荧光跳动的迷人本质可能会使快速量子操作摆脱原子和分子相当缓慢的自发发射过程。
2021-09-15 physics.atm-clus physics.atom-ph
Blue laser induced bright red fluorescence in hot cesium vapor
本文研究热铯蒸气中456 nm激光诱导荧光，观测到852 nm强发射及自转换现象，并证明铯样品池可作为高效光学滤波器与下转换器。
2024-12-26 physics.atom-ph
Atomic Faraday filter with equivalent noise bandwidth less than 1 GHz
利用铯蒸气中的D $_1$谱线，我们实现了一个等效噪声带宽小于1 GHz的原子带通光学滤波器。我们使用的ElecSus计算机程序，以找到最佳的实验参数，并发现，对于重要的数量的铯D $_1$线明显优于其他碱金属的D-线。在磁场为45.3高斯、温度为68.0 $\,^\circ$ C时，该滤波器的峰值透过率为77%，通带为310 MHz，等效噪声带宽为0.96 GHz。通过实验验证了模型的预测结果。实验和理论预测显示出很好的一致性。
2015-02-25 physics.atom-ph physics.optics
Atomic line versus lens cavity filters: A comparison of their merits
本文比较了透镜腔滤波器和原子线滤波器，讨论了它们在量子光学中应用的相对优点。我们描述了透镜腔滤波器的设计、表征和稳定过程，该透镜腔滤波器由高反射涂层的市售平凸透镜组成，并将其与利用原子铷蒸气中的D $_{2}$吸收线的超窄带原子带通滤波器进行比较。我们发现，腔体滤波器的峰值传输频率和带宽可以任意选择，但传输频率受到热漂移和腔需要稳定到优于几个mK，而原子滤波器是本质上稳定的，并绑定到原子共振频率，使它可以在非实验室环境中使用。
2020-04-08 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Lithium Faraday Filter: Some Like It Hot
Institute for Solid State Physics, Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学固体物理研究所）
本研究通过优化温度和磁场条件，实现了约671纳米超窄带锂法拉第滤波器的82%峰值透射率，并考虑了锂D₁和D₂跃迁的重叠问题。
2025-10-13 physics.atom-ph
Triple stack glass-to-glass anodic bonding for optogalvanic spectroscopy cells with electrical feedthroughs
我们证明了使用阳极键合技术，用于建立一个真空密封的蒸汽电池使用的碱金属原子的里德伯光谱与薄膜电极上的内部的细胞。该电池通过在300°C下同时三重堆叠玻璃对玻璃阳极键合来制造。这种无胶、低温密封技术提供了包括薄膜电馈电的机会。压力展宽仅受铷蒸气压的限制，使用寿命至少为4个月，工作温度高达230°C。
2014-03-05 physics.atom-ph physics.ins-det
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
Laser stabilization to an atomic transition using an optically generated dispersive lineshape
我们报告一个简单而强大的技术，以产生一个色散信号，作为一个错误的信号，电子稳定的单模连续激光器周围的原子共振发射。我们通过空间滤波的方式探讨了激光束通过共振蒸汽传播中的非线性效应。通过将半导体激光器锁定到铯和铷D2线并观察发射频率漂移的长期减少来验证该技术的性能，使得激光器很好地适应于许多原子物理学应用。
2012-04-02 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
