Microwave-clock timescale with instability on order of $10^{-17}$
原子喷泉作为业务时钟的基本限制被认为是。美国海军天文台的四个铷喷泉运行超过5.5年,已经证明了连续运行时钟的前所未有的长期稳定性[1,2]。只有这些铷喷泉,可以创建一个后处理的时间尺度,通过补偿偶尔的频率步进,显示出优于任何单个时钟的长期性能。通过与世界上的主要标准进行比较,我们证明了该铷喷泉时标的不稳定性,达到了中等$10^{-17}$的水平,零漂移为$1.3 \times 10^{-19}$ /天。我们讨论的基本限制,由于共同的模式行为或个人喷泉的性能,无法纠正。
2017-04-05 physics.atom-ph
C-field smoothing by trajectory dynamically tracing compensation in rubidium fountain clock
我们提出了一种动态轨迹跟踪补偿方法来平滑静态磁场(C场)的空间波动,提供了一个量化轴的喷泉钟。C场线圈电流根据原子沿飞行轨迹经历的磁场进行点对点调整。在Ramsey询问期间,与具有恒定电流的静态磁场下的5 nT相比,实现了具有0.2 nT不确定性的均匀场。与我们计算的二阶塞曼位移相关联的相应的不确定性提高了一个数量级。该技术为改善磁场均匀性提供了一种替代方法,特别是对于难以用磁屏蔽加工的大型设备。我们的方法简单、稳健,并且在有关二次塞曼位移造成的主要不确定性贡献的频率评估中至关重要。
2017-09-28 physics.atom-ph
Compact Optical Atomic Clock Based on a Two-Photon Transition in Rubidium
本文提出一种基于铷778 nm双光子跃迁的紧凑型光学原子钟,采用简单可制造架构和商用组件,实现3×10⁻¹³/√τ的分数频率不稳定度,并分析长期维持1×10⁻¹⁵所需条件。
2019-03-27 physics.atom-ph
100-ns-level timing holdover after 12 years for rubidium atomic fountains
本文基于美国海军天文台四台铷喷泉钟12年不间断数据,分析了其长期时间性能,其中最优喷泉钟在3年处TDEV为8纳秒,12年时间保持能力达±14纳秒。
2025-08-18 physics.atom-ph
Subpicosecond $X$ rotations of atomic clock states
我们利用单脉冲激光在铷原子的一对超精细基态之间实现了亚皮秒时间尺度的布居转移。我们的方案利用Rabi振荡过程中通过精细结构激发态诱导的几何和动力学相位,为超精细态量子比特系统构造了一个$X$旋转门.利用飞秒激光和冷铷原子在磁光阱中进行的实验表明,时钟态之间的最大布居转移率超过98%.
2018-05-08 physics.atom-ph
Enhancement of spin noise spectroscopy of rubidium atomic ensemble by using of the polarization squeezed light
用两种不同的原子蒸气室(填充缓冲气体和内壁涂石蜡膜)测量了铷原子系综的自旋噪声谱(SNS),并证明了利用Stokes算符S2压缩的795 nm光场的偏振压缩态(PSS)对信噪比(信噪比)的提高。利用量子噪声锁将亚阈值光参量振荡器获得的压缩真空态光与正交偏振本振光束的相对相位锁定,从而得到了PSS。在相同条件下,与使用偏振相干态(PCS)的情况相比,使用PSS不仅可以提高信噪比,而且可以保持SNS的半高宽(FWHM)不变,且信噪比的提高与PSS的压缩水平呈正相关。随着探测激光功率和原子序数密度的增加,SNS的信噪比和半高宽也相应增加。在实验中,利用Stokes算符S2的PSS,通过控制S2偏振压缩光束的光功率或原子序数密度,实现了SNS信号的信噪比和半高宽的量子增强。
2021-11-18 physics.atom-ph quant-ph
Experimental and theoretical study of dynamic polarizabilities in the $5S_{1/2}$-$5D_{5/2}$ clock transition in rubidium-87 and determination of E1 matrix elements
本研究测量了铷-87双光子原子钟在770-800nm范围内的光移和动态极化率,确定了幻波长和E1矩阵元的实验与理论值,解决了先前的理论与实验差异。
2022-12-21 physics.atom-ph
Paraffin coated rubidium cell with an internal atomic vapor source
本文介绍了在一个带有内蒸气源的铷原子池中铷原子的弛豫和扩散过程的研究结果。该室是一个抽真空的玻璃灯泡,其特征在于,金属膜Rb形式的原子蒸气源均匀地分布在灯泡的整个内表面上,石蜡膜均匀地分布在整个区域上和金属表面上。利用激光抽运技术,测量了光抽运铷原子在灯泡中的弛豫时间和平均反弹次数。测量了铷原子在石蜡涂层上的吸附时间和铷原子在石蜡中的扩散系数。文中还讨论了池中泵浦和原子扩散过程的一个简单模型。
2018-02-08 physics.atom-ph
Demonstration of Design Verification Model of Rubidium Frequency Standard
本文报道了铷原子频标设计验证模型(DVM)的研制。铷原子频率标准或时钟有两个不同的部分。一个是物理包,其中超精细跃迁在集成滤波器单元配置中产生时钟信号,另一个是产生谐振微波超精细频率、相位调制器和相敏检测器的电子电路。本文给出了Rb物理软件包和电子线路的详细情况。将光探测器内的微波腔的效果进行了研究,并报告其对谐振信号的轮廓的影响。还讨论了铷钟频率稳定度的测量。
2012-02-01 physics.atom-ph physics.ins-det
A heated vapor cell unit for DAVLL in atomic rubidium
介绍了一种用于实现铷原子D2跃迁二向色原子蒸气激光锁(DAVLL)的小型加热蒸气室装置的设计和性能。将5 cm长的蒸汽室置于双螺线管布置中以产生所需的磁场;来自螺线管的热量用于增加蒸汽压力和相应的DAVLL信号。我们的特点是实验上的DAVLL信号的磁场和细胞温度的重要特征的依赖性。对于较弱的跃迁,信号的幅度和梯度都增加了一个数量级。
2007-11-06 physics.atom-ph
Optical Manipulation of Light Scattering in Cold Atomic Rubidium
本文简要介绍了冷原子铷中光散射的研究进展。我们特别关注的影响,辅助应用领域的系统响应弱,近共振探测场。辅助场可以强烈地干扰光的传播,除了稳态的情况下,动态有趣的效果明显出现在时域,并在光偏振依赖的过程。在一般性介绍之后,提出了在这些研究中发现的特征的两个例子。这些包括非线性光学效应(a)在控制和探测场的组合激发下的前向和荧光配置散射的比较研究,以及(b)由于光移动强施加场的光学响应的空间结构的操纵。
2014-06-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Doppler-free saturation of the cascade fluorescence that follows excitation of the $5s \to 6p $ transition in atomic rubidium
我们提出了一个实验方案,产生的$5s \to 6p $第二共振跃迁铷原子的多普勒自由光谱。该实验利用了热铷原子与两个强度相当的反向传播$420 $ nm激光束相互作用时发生的级联荧光的饱和。部分受激原子布居通过$5p_{3/2}$能级,然后通过发射$780$ nm光子而衰变。在该宽的$780$ nm荧光中出现窄的下降,这允许$6p_{3/2}$超精细结构的分辨率。速率方程模型被用来解释的光谱。还表明这些窄峰可用于锁定$420 $ nm激光器的频率。使用频率调制的第二光束产生具有已知频率间隔的三组光谱,其可用于执行铷中$6p_{3/2} $流形的超精细分裂的全光学测量。
2019-06-17 physics.atom-ph
Spectroscopy of atomic rubidium at 500 bar buffer gas pressure: approaching the thermal equilibrium of dressed atom-light states
我们在几百巴的缓冲气体压力下记录了铷原子D线的荧光光谱。通过额外的饱和加宽,实现了与加热的气室中的原子的热能相当的光谱线宽。一个强度依赖的蓝色不对称的光谱观察,这变得越来越明显时,外推到无限高的光强度。我们解释我们的结果作为证据的修饰(耦合原子光)状态接近热平衡。
2007-04-17 cond-mat.soft physics.atom-ph
Direct observation of atomic diffusion in warm rubidium ensembles
提出了一种测量暖原子在缓冲气体中扩散系数的方法。利用光抽运,我们在细胞内的薄圆柱体中操纵原子自旋。然后,我们观察光泵原子的空间扩展的时间使用相机,这使我们能够确定扩散系数。作为一个例子,我们演示了作为缓冲气体的氖,氪和氙的扩散系数的测量。我们已经确定了标准化(273 K,760 Torr)扩散系数,氖为0.18 $\pm$ 0.03 cm $^2$ /s,氪为0.07 $\pm$ 0.01 cm $^2$ /s,氙为0.052 $\pm$ 0.006 cm $^2$ /s。
2014-07-23 physics.atom-ph
A Multi-Pass Optically Pumped Rubidium Atomic Magnetometer with Free Induction Decay
介绍了一种射频磁场驱动的自由感应衰减(FID)型光泵铷原子磁力仪。从时域和频域研究了铷蒸气室温度、抽运光功率、射频磁场和静磁场强度等参数对FID信号幅度和半高宽的影响。同时,通过改变探测束与原子系综相互作用的光路,比较了探测束单程和三程情况下磁强计的灵敏度。与探测光单程情况下的~21.2 pT/Hz^(1/2)灵敏度相比,探测光三程情况下的FID信号幅度显著增强,灵敏度提高到~13.4 pT/Hz^(1/2)。本文的研究为后续研究不同缓冲气体压强对半高宽的影响提供了参考,也为进一步提高FID铷原子磁强计的灵敏度,采用偏振压缩光作为探测光,使其灵敏度超过光散粒噪声水平奠定了基础。
2023-01-20 physics.atom-ph
Quantum-enhanced rubidium atomic magnetometer based on Faraday rotation via 795-nm Stokes operator squeezed light
在Stokes算符的作用下,(也称为偏振压缩态(PSS)),实现了基于法拉第旋转的铷-87(87 Rb)原子磁力计,并对该磁力计进行了表征.利用线性p偏振亮795 nm光的偏振相干态(PCS),利用397.5 nm紫外激光泵浦亚阈值光学参量振荡器(OPO),在OPO腔内采用PPKTP块体晶体,产生了397.5 nm光束和线性s偏振压缩真空态(SVS),在分析频率10 kHz附近获得了压缩能级为-3.7的PSS。在D1线的不同跃迁、不同的频率失谐量和合理的原子蒸气室温度下,测量并比较了法拉第旋转。(散射)损失和从原子自旋噪声到探测光束偏振噪声的反作用,以保持795 nm光的Stokes算符S2的PSS的量子特性,我们必须在低于60 ℃的87 Rb蒸汽室中运行我们的磁强计,在该温度下PSS几乎被破坏。通过用平衡偏振计测量交流(AC)校准的磁场信号的信噪比来表征磁场测量的灵敏度。在原子序数密度为5.8 × 10 ~(10)/cm ~ 3,探测光相对于~(87)Rb D_1线的~ 5S_(1/2)(Fg=2)-~ 5 P_(1/2)(Fe=1)跃迁的失谐量为-400 MHz的条件下,采用Stokes算符S_2的PSS作为探测光,获得了19.5 pT/Hz_(1/2)的典型灵敏度。与以PCS为探针的灵敏度28.3pT/Hz ~(1/2)相比,初步证明了利用795 nm光的PSS实现的法拉第旋…
2021-12-06 physics.atom-ph quant-ph
Interferometric laser cooling of atomic rubidium
利用基于Ramsey物质波干涉的速度依赖性光学力,研究了$^{85}$ Rb原子的一维冷却.利用基态超精细态之间的受激拉曼跃迁,12个周期的干涉仪序列将自由移动的原子云从$21~μ$ K冷却到$3~μ$ K。这种连续波多普勒冷却的脉冲模拟在温度下降到反冲极限时是有效的;通过增加脉冲来增加干涉仪面积,它应该比传统方法更快地冷却,并且更适合于缺乏封闭辐射跃迁的物种。
2015-04-22 physics.atom-ph
Saturation and alternate pathways in four-wave mixing in rubidium
我们研究了环形腔中铷蒸气室四波混频产生的蓝光的频谱。在高原子密度和输入激光功率下,观察到由$116 \pm 4$ MHz分离的两个不同的频率分量,表明通过$6p_{3/2}$超精细态的交替四波混频通道。研究了产生的光与激发强度和原子密度的关系,表明初级过程已经饱和。当通过6p态的激发速率变得等于通过5p态的速率时,这种饱和就会产生,从而在保持二次强度依赖性的同时,不会随着原子密度而进一步增益。
2018-12-11 physics.atom-ph
Spontaneous and parametric processes in warm rubidium vapours
热的铷蒸气是原子物理学和量子光学中各种实验的通用介质。在这里,我们提出的实验结果产生的频率转换光的量子应用的基础上自发和受激过程中的铷蒸气。特别地,我们研究了Λ能级结构中自发激发受激拉曼散射的效率以及钻石能级结构中多光子跃迁辅助下产生相干蓝光的条件。我们的研究结果将有助于寻找光与原子量子存储器之间的新型接口。
2014-09-11 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
How to measure diffusional decoherence in multimode rubidium vapor memories?
扩散是热原子蒸气在空间多模式应用中存储时间的主要限制。系统中扩散退相干的精确知识对于设计大多数蒸气存储器设置是期望的。在这里,我们提出了一种新的,有效的和直接的方法来测量无偏扩散退相干,清楚地区别于所有其他的退相干源。我们得到了铷原子在惰性气体中的归一化扩散系数:氖0.20 cm $^{2}$ /s,氪0.068 cm $^{2}$ /s,并首次给出了铷在氙中的归一化扩散系数:0.057 cm $^{2}$ /s。我们的方法包括创建,存储和检索空间变化的原子相干性。拉曼散射提供了一个必要的界面,原子,允许探测许多空间周期性的原子相干性并发。与之前的实验相反,该方法可用于任何单个密封玻璃池,并且在测量期间不需要任何设置更改,因此它是鲁棒的和可重复的。
2014-05-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A narrow-linewidth Brillouin laser for a two-photon rubidium frequency standard
AV Incorporated(AV公司);University of California, Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校);Air Force Research Laboratory(空军研究实验室)
本研究提出了一种基于窄线宽 SBS 激光器的双光子 rubidium 频率标准,实现了当前最佳的短期稳定性。
2026-02-11 physics.atom-ph
Parity non-conservation in rubidium atom
目前,理论上的不确定性限制了对原子宇称不守恒(PNC)测量的解释。我们计算了铷原子的PNC $5s$ - $6s$电偶极跃迁振幅,证明了铷原子是一个很好的候选者,可以在标准模型之外寻找新的物理,因为铷原子的计算精度可以高于铯原子。铯的PNC是目前标准模型的最佳低能测试,因此,对铷的类似测量为该领域的进一步发展提供了一个很好的选择。我们还计算了核自旋依赖的宇称非守恒(PNC)振幅的一部分,这是需要从PNC测量提取的核anapole时刻。
2012-11-01 physics.atom-ph
Spin selection rule for {\it S} level transitions in atomic rubidium under paraxial and nonparaxial two-photon excitation
本文报道了原子双光子跃迁自旋选择定则的实验检验。特别是,我们证明了在铷气体的$5S_{1/2}\to 6S_{1/2}$跃迁速率如下的螺旋度参数与激发光的偏振的二次依赖。对于通过单个高斯光束或热蒸气室中的两个反向传播光束的激发,跃迁速率与线性偏振度的平方成比例。当光是圆偏振时,速率达到零。与此相反,当激发是通过近场倏逝场实现时,仅通过改变光纤光的偏振态,双光子跃迁不能完全消失(理论上,在我们的实验条件下,不低于最大速率的13%)。我们的研究结果导致更深入地了解在强非傍轴光的原子中的多光子过程的物理。
2020-04-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Notes from the Physics Teaching Lab: Rubidium Atomic Spectroscopy
California Institute of Technology(加州理工学院)
本文详细介绍了使用Teachspin二极管激光光谱仪进行铷光谱实验的方法,包括测量和数据分析示例,旨在辅助教学课程设计。
2026-07-01 physics.atom-ph physics.ed-ph
The Bell-Bloom-type optically-pumped FID Rubidium atomic magnetometer with a multi-passing probe beam and two counter-propagating pump beams
State Key Laboratory of Quantum Optics Technologies and Devices, and Institute of Optoelectronics, Shanxi University(山西大学量子光学器件与量子光学技术国家重点实验室及光电研究所);School of Physics and Electronic Engineering, Shanxi University(山西大学物理电子工程学院);Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University(山西大学极端光学协同创新中心)
本文提出一种集成正交极化反向传播泵光和多程探测的贝尔-布卢姆型铷FID磁强计,通过均质原子自旋极化分布和抑制光移及功率展宽效应,提升磁感应强度测量精度和灵敏度。
2026-04-03 physics.atom-ph
High flux cold Rubidium atomic beam for strongly coupled Cavity QED
本文提出了一种能够产生高通量冷铷原子连续束的装置,用于强耦合区的腔QED实验。在干膜涂覆的蒸气室中通过铷吸气剂加载的2个$D^+$ MOT以1.5 × $10^{10}$原子/秒的速率进料次级移动糖蜜MOT(MM-MOT)。MM-MOT提供了一种速度可调的连续光束。然后将该光束引导通过280 $μ$ m腔的腰部,导致拉比分裂大于+/-10 MHz。在腔模式中存在足够数量的原子也使得能够在垂直于输入的偏振中分裂。腔处于强耦合状态,参数(g,$κ$,$γ$)/2 $π$等于(7,3,6)/ 2 $π$ MHz。
2012-08-01 physics.atom-ph physics.optics
Observation of light dragging in rubidium vapor cell
本文报道了在铷蒸气室中原子运动引起的光拖曳效应的实验演示。我们发现,对于从原子共振中心红移的光,实现了最小的群速度,并且该位移的值随着群速度的减小而增加,与Kocharovskaya,Rostovtsev和Scully的理论预测一致[Phys. Rev. Lett. { \bf 86},628(2001)]。
2003-12-23 physics.atom-ph
A simple, narrow, and robust atomic frequency reference at 993 nm exploiting the rubidium (Rb) $5\mathit{S}_{1/2}$ to $6\mathit{S}_{1/2}$ transition using one-color two-photon excitation
利用993 nm连续激光器,在铷蒸气中实现了$5\mathit{S}_{1/2}$基态到$6\mathit{S}_{1/2}$激发态的单色双光子跃迁. Rb蒸气含有天然丰度的两种同位素($^{85}$ Rb和$^{87}$ Rb)。电偶极允许跃迁的特征在于通过改变激发激光的功率和偏振。由于光学设置相对简单,并且允许的能级的能量不受杂散磁场的影响,因此对于993 nm的频率参考,这是一个有吸引力的选择,可能应用于精密测量和量子信息处理。
2018-12-19 physics.atom-ph
Enhanced cooling of rubidium atoms in two-frequency diffuse lights
本文描述了在双频漫射激光中对$^{87}$ Rb原子进行有效冷却的实验。与单频漫射光相比,双频漫射光具有更宽的速度俘获范围,从而可以冷却更多的原子。在我们的实验中,冷却原子的最大数目可以达到$3.9\times10^9$。这一结果对于建立一个小型的冷原子钟是非常有用的。
2009-01-13 physics.atom-ph physics.optics
Tapered-amplified AR-coated laser diodes for Potassium and Rubidium atomic-physics experiments
我们提出了一个室温扩展腔光栅二极管激光器(ECDL)的系统,用于产生760- 790 nm范围内的光。调谐范围向蓝色的扩展是由腔中的弱反馈所允许的:二极管是抗反射涂层,光栅只有10%的反射率。然后使用半导体锥形放大器将光放大,以提供超过400 mW的功率。结果表明,该输出适合于钾(767 nm)、铷(780 nm)或两者的原子物理学实验,特别适用于双简并玻色子-费米子混合物。
2005-11-30 cond-mat.other physics.atom-ph physics.optics
A proposed test of quantum mechanics with three connected atomic clock transitions
我们考虑了史蒂芬·温伯格提出的量子力学的可能扩展,并重新分析了他的预测,即基于同一原子中的三个原子钟的新测试。我们提出了现实的实验系统,可以测试这一假设。有两个系统已经对偏离量子力学设定了极限,而使用另一个系统,人们将能够在最好的原子钟的灵敏度极限上寻找新的物理学。
2022-05-23 physics.atom-ph quant-ph
A High Flux Source of Cold Rubidium
我们报道了一个连续的、缓慢的、冷的87-Rb原子束的产生,其通量为3.2 × 10^12原子/秒,温度为几毫开尔文。热原子从Rb烛台原子束源发射,并通过20 cm长的原子准直器部分横向冷却和准直,使总束流增加50倍。然后,原子束被减速,并通过塞曼减速纵向冷却。
2004-07-08 physics.atom-ph physics.gen-ph
Atomic Combination Clocks
原子钟使用原子跃迁作为频率参考。原子跃迁对外部场的敏感性限制了时钟的稳定性,并引入了系统的频率偏移。在这里,我们建议实现一个原子钟,利用纠缠叠加态的多个原子物种,其中的参考频率是一个单独的过渡频率的总和。选择叠加,使得各个物种中相应跃迁的敏感性发生破坏性干扰,从而提高稳定性并减少系统漂移。我们提出并分析了两个这样的组合的例子。第一种方法利用$^{40}$ Ca $^+$- $^{174}$ Yb $^+$双离子晶体中的光学四极跃迁。第二个是一个$^{88}$ Sr $^+$离子和三个$^{202}$ Hg $^+$离子的光学四极跃迁的叠加。这些组合降低了对外部磁场和黑体辐射的敏感性。
2017-09-05 physics.atom-ph quant-ph
Comparison and analysis of methods for measuring the spin transverse relaxation time of rubidium atomic vapor
本文比较四种测量铷原子蒸气自旋横向弛豫时间的方法,证明改进的FID拟合最准确,并分析缓冲气体和原子密度的影响,为原子磁力计灵敏度提升提供参考。
2024-02-07 physics.atom-ph
Study of the 5p3/2 -> 6p3/2 electric dipole forbidden transition in atomic rubidium using optical-optical double resonance spectroscopy
给出了铷原子5 p ~(3/2)-> 6p ~(3/2)电偶极禁戒跃迁激发的直接证据。实验在室温铷原子池中进行,采用连续波扩展腔二极管激光器。光学-光学双共振光谱与反向传播的光束允许检测的非偶极跃迁的多普勒展宽。5 p3/2态通过用锁定到D2线的最大F循环跃迁的激光激发来制备,禁戒跃迁通过用911 nm激光激发来产生。禁戒跃迁的产生通过检测6p 3/2态衰变产生的420 nm荧光来监测。得到了两种铷同位素的6 p 3/2超精细结构的特征F - 1、F和F + 1分裂的三条窄线(~ 13 MHz FWHM)谱。计算结果与考虑5s -> 5 p ~(3/2)制备动力学、5 p ~(3/2)-> 6p ~(3/2)非偶极激发几何和6p ~(3/2)-> 5s ~(1/2)衰变的直接计算结果非常一致。电偶极禁戒跃迁是制备动力学的一个非常灵敏的探针。
2015-06-19 physics.atom-ph
Characterizing current noise of commercial constant-current sources by using of an optically-pumped rubidium atomic magnetometer
本文提出用光泵浦铷原子磁力仪表征商用恒流源电流噪声的方法,通过校准线圈常数转换灵敏度,比较六种恒流源,发现是德科技B2961A噪声最低,为高精度恒流源和基础物理研究提供参考。
2023-09-06 physics.atom-ph
Density effects in forward scattering of resonant light in rubidium vapor
在磁场中,通过放置在交叉偏振器之间的原子样品的光透射由法拉第旋转和净吸收共同决定:透射随着旋转而增加,随着吸收而减少。旋转和吸收都与原子密度N 0成比例,因此,在N 0的一定范围内,这两种效应可以竞争,从而产生透射光的明显密度依赖性。我们已经用共振激光在铷蒸气中研究了这种依赖性,其中N 0 = 7.5*10^9 ~ 7.5*10^11原子/厘米^3。我们目前的竞争效应的解释,并讨论其可能的应用原子密度测定。
2004-08-02 physics.atom-ph physics.optics
Ultrafast time-scale Berry-phase gates of atomic clock states
极快的量子比特控制可以大大减少量子计算的计算时间,并可能解决许多物理系统中的有限时间退相干问题。在这里,我们提出并实验证明皮秒的时间尺度控制的原子钟状态量子比特,使用贝里相位门实现了一对啁啾激光脉冲。虽然微波或拉曼跃迁的传统方法不允许在比超精细自由演化周期更快的时间内控制原子量子位,但我们的超快贝里相位门方法实现了快速时钟状态操作。我们还实现了对激光参数噪声的操作鲁棒性,因为几何相位仅由绝热演化路径确定,而不受任何动力学细节的影响。实验实现进行了两个线性偏振,啁啾超快光脉冲,与五个单一的铷原子的光镊偶极阱阵列相互作用,以证明建议的超快时钟状态门和它们的操作鲁棒性。
2019-07-23 physics.atom-ph quant-ph
Fluorescence of rubidium vapor in a transient interaction regime
本文研究了室温原子铷蒸气在$^{85}$ Rb和$^{87}$ Rb D $_2$线区的荧光光谱随激光辐射频率线性(三角形)扫描时间速率的变化。斜坡速度的增加超过一定的值($\approx$ 10 $^6$ MHz/s)的结果在本质上修改的幅度的个别原子的过渡,不同的上升和下降的斜率,其特征过渡从稳态相互作用制度的瞬态。我们的实验结果与发展的理论模型是一致的。所得结果可用于确定原子系统的基态弛豫速率等参数。讨论了对原子能级布居的控制可能采取的后续行动。
2019-08-31 physics.atom-ph physics.optics
Measurement of the electric dipole moments for transitions to rubidium Rydberg states via Autler-Townes splitting
本文报道了铷原子$5P_{3/2}\to nD_{5/2}$与$20<n<48$跃迁的电偶极矩的直接测量。测量是在超冷样品中进行的,通过观察Autler-Townes分裂的三能级梯形方案,通常用于2-光子激发的里德伯态。据我们所知,这是第一次系统地测量铷原子从低激发态到里德堡态跃迁的电偶极矩。由于其简单性和通用性,该方法可以很容易地扩展到其他跃迁和其他原子物种,几乎没有限制。实验结果与理论分析吻合较好,证明了测量方法的可靠性。
2011-03-14 physics.atom-ph quant-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
Modulation transfer spectroscopy in atomic rubidium
本文报道了用自制的电光调制器(EOM)测量~(85)Rb和~(87)Rb的D2跃迁的调制转移光谱。我们发现,调制转移光谱信号的梯度和幅度,为87 Rb F=2到F '= 3和85 Rb F=3到F'= 4的过渡,可以显着增强通过扩大光束,提高信号的激光频率稳定。这些转变的信号梯度增加3倍,峰间振幅增加2倍。85 Rb F=2到F'跃迁的调制传递信号也被提出来强调这种技术如何能够产生一个单一的,清晰的激光频率稳定线,即使在有许多紧密间隔的超精细跃迁的情况下。
2008-06-24 physics.atom-ph
Prospects and challenges for squeezing-enhanced optical atomic clocks
我们研究了自旋压缩态对布朗频率噪声限制激光源运转的时钟的好处。基于光学原子钟闭环伺服系统的解析模型,给出了在给定死区时间和激光噪声条件下,原子钟最佳稳定度的定量预测。我们的分析预测是在非常好的协议与数值模拟的闭环伺服回路。我们发现,对于通常的周期性Ramsey询问单原子系综与死时间,即使是目前最稳定的激光自旋压缩只能提高时钟的稳定性的系综低于约一千个临界原子数在一个光学锶晶格钟。即使将来激光器性能提高一个数量级,临界原子数仍然保持在100,000以下。相比之下,基于较小的不可扩展的集合的时钟,例如离子时钟,已经可以从当前时钟激光器的压缩态中受益。
2020-09-09 physics.atom-ph quant-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
An N-atom Collective State Atomic Clock with Root-N Fold Increase in Effective Frequency and Root-N Fold Reduction in Fringe Width
我们描述了一个集体态原子钟与拉姆齐条纹缩小了一个因素的$\sqrt{N}$相比,传统的时钟,N是非相互作用的原子的数量,而不违反的不确定性关系。这种窄化被解释为是由于集体状态之间的干扰,代表一个有效的$\sqrt{N}$倍的时钟频率增加,没有纠缠。测量集体状态的检测过程可用于显著提高检测的量子效率,从而使稳定性净提高多达10倍。
2015-06-03 physics.atom-ph quant-ph
Counting and metrology of distributed atomic clocks using metropolitan fiber
本研究演示了SIOM与SIMT间通过单根城域光纤传输三种时钟信号并实现四钟跨实验室比对的分布式原子钟网络,其频率一致性低于1E-15,为未来守时实验室模式提供了新探索。
2024-01-09 physics.atom-ph quant-ph
Rubidium Pump-Probe Spectroscopy: Comparison between ab-initio Theory and Experiment
本文提出了一个简单的稀原子气体抽运-探测光谱的解析模型。我们的模型处理多级原子,考虑到几个加宽机制,没有自由参数,显示出良好的协议与实验观察到的光谱。
2009-11-12 physics.atom-ph
Integrating two-photon nonlinear spectroscopy of rubidium atoms with silicon photonics
我们研究了一个由多个亚波长脊形波导组成的集成硅光子芯片,并将其浸没在一个带有铷蒸气的微池中。采用双光子激发,包括电信波长,我们观察到波导传输谱得到修改时,光子模式耦合到铷原子通过其倏逝尾。由于波导包层中的增强电场,原子跃迁可以在比自由传播光束情况小80倍的光子数$\approx$处饱和。原子包层Si波导的非线性比掺杂Si光子学中的最大可实现值大约4个数量级。所测得的光谱证实以及与广义的有效磁化率模型,其中包括Casimir-Polder电位,由于电介质表面,和飞行原子和倏逝波导模式之间的瞬态相互作用。这项工作铺平了道路走向小型化,低功耗,集成的混合原子光子系统与CMOS技术兼容。
2020-03-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Guided transport of ultracold gases of rubidium up to a room-temperature dielectric surface
我们报告的引导运输的原子样品沿光波导到室温下的电介质表面。该技术利用了一个简单的混合陷阱,由一个单束偶极陷阱定位在磁四极电势的场零点以下约125 μm。通过施加中等偏置场(<12 G)以沿着偶极阱的轴移动磁场零点来实现传输。我们使用的技术来证明,原子气体可以精确地定位在控制距离的表面可以忽略不计的加热或损失。这项工作形成了一个很好的基础,为未来的研究原子表面相互作用,使用超冷原子气体。
2012-03-29 physics.atom-ph
Fiber laser system for cesium and rubidium atom interferometry
我们提出了一种创新的光纤激光系统,用于铯和铷的操纵。该架构基于1560 nm和1878 nm两个激光器的频率转换。通过利用这些波长的现有光纤组件,我们展示了一个全光纤激光器系统,在780 nm处提供350 mW的铷和210 mW的铯在852 nm处。这一结果突出了这种激光系统的有前途的性质,特别是Cs操纵,没有光纤激光系统已报告。它提供了新的前景,致力于机载应用的原子仪器的发展,开辟了新一代的原子干涉仪,涉及三个原子物种$^{85}$ Rb,$^{87}$ Rb和$^{133}$ Cs,我们提出了一个原始的激光架构。
2017-09-13 physics.atom-ph
Compact 780 nm Rb Optical Clock
本文展示了一台体积仅11.6升的紧凑型780 nm铷光钟,采用调制转移光谱锁定Rb D2跃迁,实现1.91 E-13 @1 s的频率不稳定度,为碱金属第一激发态跃迁的最精确稳定结果,推动便携式光钟发展。
2025-02-26 physics.atom-ph physics.optics
Completing the optical spectroscopy of the $6p_{J}$ manifold: the $5p_{3/2}\rightarrow 6p_{1/2}$ electric dipole forbidden transition in atomic rubidium
我们提出了铷原子中$5p_{3/2} \rightarrow 6p_{1/2}$电偶极禁戒跃迁激发的第一个证据。实验是在铷原子蒸气室中进行的,采用反向传输光束的无多普勒光学-光学双共振光谱技术。这与以前报道的$6p_{J}$流形中另一个精细跃迁$J=3/2$的激发方案相似。使用锁定到$D_2$线的最大F循环跃迁的二极管激光器的$5s_{1/2} \rightarrow 5p_{3/2}$电偶极子制备步骤用于制备第一激发态的原子。这之后是$5p_{3/2} \rightarrow 6p_{1/2}$偶极禁戒激发,在双光子梯($Ξ$)激发方案。通过检测由直接衰变到$5s_{1/2}$基态产生的$421$ nm荧光来验证$6p_{1/2}$激发态原子的产生。还研究了衰减荧光谱线相对强度的偏振依赖性。不同的偏振配置的光束的实验数据进行了比较,考虑在制备步骤中的强原子场耦合的计算结果,其次是一个弱的电四极激发和蓝色荧光衰减发射。实验和这三步模型之间的良好协议被发现在两种同位素的线性-线性极化的情况下。
2018-12-02 physics.atom-ph
FPGA-based residual amplitude modulation suppression and control for compact atomic clocks
本文提出在低成本商用FPGA上集成复合调制主动RAM抑制方案与全部伺服系统,实现60 dB长期抑制和-100 dBc残余电平,使双光子铷原子钟稳定性提升三个数量级。
2023-11-01 physics.atom-ph
Compact cold atom clock for on-board timebase: tests in reduced gravity
我们提出了一个紧凑的原子钟使用冷铷原子的基础上各向同性的光冷却,拉姆齐微波解调和吸收检测。其技术成熟度水平与产业转移相适应。我们使用基于倍频电信激光器的光纤工作台。各向同性光冷却技术使我们能够在100 ms内冷却原子,工作周期约为200 ms。我们在模拟微重力环境下进行了测量,获得了微重力环境下有史以来记录到的最大条纹。
2018-12-04 physics.atom-ph