Three dimensional cooling and trapping with a narrow line
在磁光阱（MOT）中，利用689nm处的Sr相互组合谱线，成功地实现了激光冷却，达到了多普勒冷却光子反冲极限。在本文中，我们提出了一个系统的研究，这样的MOT的加载效率。将实验结果与一个简单的模型进行比较，使我们能够讨论我们的设备的实际限制。我们还详细研究了最终MOT制度强调重力的作用的位置，大小和温度沿垂直和水平方向。在大的激光失谐，人们发现一个不寻常的情况下，冷却和捕获发生在一个高偏置磁场的存在。
2007-08-10 physics.atom-ph
Narrow-line magneto-optical cooling and trapping of strongly magnetic atoms
对弱跃迁进行激光冷却是使多价原子达到超冷温度的有效方法。然而，对于强磁性原子，传统的窄线磁光阱（MOT）会受到光与磁力竞争的影响。我们克服了这个困难，在Er开发一个不寻常的窄线MOT，平衡光学和磁力使用激光调谐到蓝色的一个狭窄的（8 kHz）过渡。陷阱人口自旋极化的温度达到低于2微开尔文。我们的研究结果构成了一种可供选择的方法，激光冷却的弱转变，适用于稀土金属和亚稳碱土金属元素。
2008-02-06 physics.atom-ph quant-ph
11 W narrow linewidth laser source at 780nm for laser cooling and manipulation of Rubidium
我们提出了一个窄线宽连续激光源，在780 nm的输出功率超过11瓦的基础上，放大的1560 nm光纤激光器的单程倍频效率为36%。该源集高功率、简单性、模式质量和稳定性于一体。在没有任何主动稳定的情况下，测得线宽低于10kHz。该光纤种子可调谐频率超过60 GHz，可以探测到87 Rb和85 Rb的D2跃迁，为激光冷却和原子干涉测量中的大动量转移分束器提供了一种可行的高功率源。这种类型的源将为新一代高通量，高占空比简并量子气体实验铺平道路。
2012-02-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
A study of enhancing the power of a CW Ti:sapphire laser by cryogenic cooling
在这篇文章中，我们探讨了钛：蓝宝石激光晶体的低温冷却如何大大减少热透镜超过一个数量级，因为两个因素：（i）晶体的热导率增加，和（ii）折射率的温度依赖性降低。得到了激光晶体内泵浦为高斯光束时热透镜焦距的解析表达式。通过对激光谐振腔稳定性的分析，发现要使激光谐振腔的最佳光路长度在水平方向和垂直方向上的相对误差小于0.1%，热透镜的焦距应大于0.5 m。如果激光晶体被冷却到低于100 K的温度，同时以足以产生100 W输出的功率泵浦，则可以满足这样的要求。因此，它是非常有可能的，输出功率为100 W，可以实现对一个单一的钛：蓝宝石激光器的激光晶体的低温冷却。
2022-12-12 physics.atom-ph physics.optics
Prospects for a Narrow Line MOT in YO
除了适合于激光冷却和在磁光阱（MOT）中使用相对宽（$\sim$ 5 MHz）跃迁的捕获之外，分子YO具有窄线跃迁。$X^{2}Σ$和$A'^{2}Δ_{3/2}$状态之间的禁戒跃迁具有线宽$\sim$ 2 $π\times$ 160 kHz。在$X^{2}Σ$上的MOT中冷却至$A^{2}Π_{1/2}$（橙色）转变后，可使用窄（红色）转变进一步冷却样品，仅需向第一阶段系统添加最少的添加物。窄线冷却阶段将使温度从$\sim$ 1 mK提高到$\sim$ 10 $μ$ K，显著地推进了分子可实现的直接冷却的前沿。
2015-01-21 physics.atom-ph
Narrow-line Cooling and Determination of Magic Wavelength of Cd
实验和理论上确定了$^{111}$ Cd的（5 $s^2$）$^{1}S_{0}$ $-$（5 $s$ 5 $p$）$^{3}P_{0}$时钟跃迁的魔波长分别为419.88（14）nm和420.1（7）nm.为了执行时钟跃迁的Lamb-Dicke光谱，我们在$^{1}S_{0}$ $-$ $^{3}P_{1}$跃迁上使用窄线激光冷却来将原子冷却到6 $μ$ K并将它们加载到光学晶格中。镉是光学晶格时钟的有吸引力的候选者，因为它对黑体辐射具有小的灵敏度，并且其有效的窄线冷却减轻了高阶光移位。我们计算了黑体位移，包括动态校正，在300 K时为2.83（8）$\times$ × 10 $^{-16}$，比Sr和Yb的小一个数量级。我们还报告计算的镉$^1P_1$的寿命和基态$C_6$系数。
2019-09-17 physics.atom-ph
Two-color grating magneto-optical trap for narrow-line laser cooling
首次在光栅磁光阱（gMOT）中实现了碱土金属原子的双色冷却和囚禁。该陷阱是由一个单一的入射激光束与四个次级光束，通过从纳米结构的晶片衍射产生一起形成。优化并制作了用于锶原子工作的gMOT的光栅结构。我们在$461\;\mathrm{nm}$的$^1$ S $_0$ $\rightarrow$ $^1$ P $_1$跃迁上捕获$10^6$ $^{88}$ Sr原子，并将这些原子的$25\;\%$转移到在$689\;\mathrm{nm}$的较窄的$^1$ S $_0$ $\rightarrow$ $^3$ P $_1$相互组合跃迁上的第二冷却阶段，制备在$5\;μ$ K的$2.5\times 10^5$原子样品。这些结果首次证明了gMOT技术与两种截然不同的波长相结合的适用性，并使基于碱土金属的量子技术（如光学原子钟）能够继续小型化。
2021-12-16 physics.atom-ph
Rapid crystallization of externally produced ions in a Penning trap
研究了外加镁离子在潘宁阱中的冷却动力学、形成过程和介观晶体的几何结构。我们提出了一个冷却模型和测量的缓冲气体冷却和激光冷却的组合，已被发现，以减少离子动能的8个数量级，从几百eV到micro-eV及以下的几秒钟内。随着1000至100000的数量级的离子数，这样的冷却导致离子库仑晶体的形成，其显示与非中性等离子体理论一致的特征壳结构。我们显示的生产和表征的两种离子晶体作为一种手段的交感神经冷却的离子缺乏一个合适的激光冷却过渡。
2016-09-22 physics.atom-ph
Narrow-line Laser Cooling by Adiabatic Transfer
我们提出并证明了一种新的激光冷却机制适用于窄线宽的光学跃迁的颗粒。通过对反向传播的激光束进行频率扫描，我们在基态和长寿命的光学激发态之间来回产生绝热转移。这些绝热转移的时间顺序由多普勒频移决定，多普勒频移确保了相关的光子反冲与粒子的运动方向相反。这最终导致能够经由弱转变施加大的力并且减少对自发发射的依赖的稳健的冷却机制。我们提出了一个简单直观的模型所产生的摩擦力，并直接证明其功效，增加原子系综的总相空间密度。我们依赖于模拟和实验研究，使用7.5 kHz线宽$^1$ S $_0$ $^3$ P $_1$过渡在$^{88}$ Sr。减少依赖自发发射可能允许这种绝热扫描方法是一个有用的工具，用于冷却粒子，缺乏封闭的循环过渡，如分子。
2017-07-06 physics.atom-ph
Two-tone Doppler cooling of radial two-dimensional crystals in a radiofrequency ion trap
研究了射频阱中钡离子径向二维库仑晶体的多普勒冷却。径向2D晶体中的离子经历幅度随离陷阱中心的距离线性增加的微动，导致每个离子的静止帧中的激光的位置依赖性频率调制。我们使用两个音调的多普勒冷却激光分离约100 MHz，有效地冷却不同区域的晶体与不同幅度的微动。这种技术使我们能够捕获和冷却超过50个离子，这些离子分布在径向二维晶体中的4个壳层中，而使用单频多普勒冷却光，我们仅限于3个壳层中的30个离子。我们还单独表征晶体内所有离子的微动，并使用这些信息来定位陷阱的中心，并确定马蒂厄参数$q_{x}$和$q_{y}$。
2022-01-27 physics.atom-ph
All-Optical Production of a Lithium Quantum Gas Using Narrow-Line Laser Cooling
我们利用紫外光的窄$2S_{1/2} \rightarrow 3P_{3/2}$跃迁对$^6$ Li原子进行了激光冷却和磁光囚禁。锂的激光冷却通常在$2S_{1/2} \rightarrow 2P_{3/2}$（D2）转变上进行，并且通常实现$\sim$ 300 $μ$ K的温度。紫外线跃迁的线宽比D2线窄七倍，从而导致较低的激光冷却温度。我们证明了MOT在紫外跃迁上的工作温度低至59 $μ$ K。此外，我们发现，在1070 nm的光偶极阱中的紫外跃迁的光移是小的和蓝移，促进有效的加载从紫外MOT。在光阱中蒸发冷却$^6$ Li的两个自旋态混合物产生具有$3 \times 10^{6}$原子的量子简并费米气体，总循环时间仅为11 s。
2012-01-18 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Polarization-gradient cooling of 1D and 2D ion Coulomb crystals
本文介绍了在线性Paul阱中对Ca $^+$多离子库仑晶体进行极化梯度冷却的实验。偏振梯度冷却的集体运动模式的本征矢量有重叠的对称轴的陷阱是通过两个反向传播的激光束，具有相互正交的线性偏振，从S $_{1/2}$到P $_{1/2}$过渡蓝失谐。我们演示了高达51个离子的线性链和22个离子的锯齿形配置中的2D晶体的冷却。冷却结果进行了比较，数值模拟和预测的一个简单的模型中的移动极化梯度冷却。
2020-08-26 physics.atom-ph quant-ph
Narrow-linewidth cooling of $^{6}$Li atoms using the 2S-3P transition
本文报道了在紫外波段利用$2S_{1/2}\to 3P_{3/2}$跃迁对$^{6}$ Li原子进行窄线宽冷却。将传统的671 nm红光磁光阱（MOT）和323 nm紫外光磁光阱相结合，获得了温度为58 $μ$ K的$1.3\times10^9$原子冷样品。此外，我们证明了一个高效率的磁输运的$^{6}$锂原子的帮助下，紫外MOT。最后，在具有良好真空环境和大光学通道的科学室中，在198 G/cm的磁场梯度下，获得了温度为296 $μ$ K的$8.1\times10^8$原子。
2016-10-25 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Doppler cooling to the Quantum limit
窄转捩上的多普勒冷却受到单次散射事件噪声的限制。它显示了新的功能，这是在一个广泛的过渡，如非高斯动量分布，其均方值接近共振发散冷却形成鲜明对比。我们已经观察到这些功能，使用一维冷却的相互结合的转变锶，并与理论预测和蒙特卡罗模拟的测量进行了比较。我们还发现，对于一个非常窄的过渡，冷却可以改善使用偶极陷阱，其中的时钟偏移被取消。
2011-12-16 physics.atom-ph
Near ground-state cooling of two-dimensional trapped-ion crystals with more than 100 ions
我们研究，从实验和理论上，电磁诱导的透明冷却的鼓面模式的平面2维阵列与高达$N\approx 190$是${}^+$离子存储在潘宁陷阱。对于所有$N$鼓面模式，观察到大量的亚多普勒冷却。质心模式的定量测量显示近基态冷却与$200~μs$内获得的$\bar{n} = 0.3\pm0.2$的运动量子数。测得的冷却速率比单粒子理论预测的要快，与量子多体计算一致。对于较低频率的鼓面模式，定量的温度测量受到明显的阻尼和频率不稳定性的限制，但强烈建议近基态冷却的全带宽。这一进展将大大提高大囚禁离子晶体在量子信息和量子精密测量应用中的性能。
2018-09-17 physics.atom-ph
Narrowline Laser Cooling and Spectroscopy of Molecules via Stark States
JILA, National Institute of Standards and Technology and the University of Colorado（美国国家标准与技术研究院与科罗拉多大学联合研究所）；Department of Physics, University of Colorado（科罗拉多大学物理系）；Department of Chemistry, The Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学化学系）
通过电场控制实现分子的窄线激光冷却，利用斯托克效应态研究高精度分子光谱学与偶极物理。
2025-11-13 physics.atom-ph
Two-stage magneto-optical trapping and narrow-line cooling of $^6$Li atoms to high phase-space density
我们报告了一个实验研究的峰值和相空间密度的两级磁光陷阱（MOT）的6-锂原子，利用较窄的$2S_{1/2}\rightarrow 3P_{3/2}$紫外（UV）跃迁在323 nm以下的捕获和冷却更常见的D2跃迁在671 nm。UV MOT从红色MOT加载，并被压缩以得到高达$3\times 10^{-4}$的高相空间密度。在UV跃迁上实现了低至33 $μ$ K的温度。我们研究的密度限制因素，特别是找到一个值的光辅助碰撞损耗系数的$1.3 \pm0.4\times10^{-10}\,\textrm{cm}^3/\textrm{s}$低再泵浦强度。
2014-09-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Sympathetic Cooling of Mixed Species Two-Ion Crystals for Precision Spectroscopy
囚禁离子的交感冷却已经成为量子信息处理和精密光谱学不可或缺的工具。在最简单的情况下，单个多普勒冷却离子同情地冷却另一个通常具有不同质量的离子。我们分析调查的质量比的影响，这样的离子晶体上的可实现的温度限制在外部加热的存在下。作为一个例子，我们表明，一个单一的Al+与Be+，Mg+和Ca+离子的冷却提供了类似的结果，通常在离子阱中观察到的加热速率，而冷却离子具有较大的质量表现较差。此外，我们提出的再热动力学的数值模拟结果后，背景气体碰撞的Al+/Ca+晶体不同的冷却激光配置。
2012-02-17 physics.atom-ph quant-ph
Comparison of an efficient implementation of gray molasses to narrow-line cooling for the all-optical production of a lithium quantum gas
我们提出了一个有效的方案来实现一个灰色的光学糖蜜亚多普勒冷却$^{6}$锂原子与最小的实验开销。为了将用于灰色糖蜜（GM）冷却的$D_1$光集成到用于标准磁光阱（MOT）的$D_2$光的相同光学设置中，我们在$D_2$和$D_1$光源之间快速切换从激光器的注入播种。从监测光拍频信号推断，可以实现短至$30\,μ\textrm{s}$的切换时间。所得低强度糖蜜将$N=9\times10^8$原子的样品冷却至约$60\,μ\textrm{K}$。观察到$ρ=1.2\times10^{-5}$的最大相空间密度。在相同的设置上，GM的性能与UV MOT中的窄线冷却的性能进行了比较，遵循Sebastian等人（2014）的程序。此外，我们比较了使用这两种方法的简并费米气体的生产。从灰色糖蜜中加载光学偶极阱产生具有$3.3\times10^5$原子的量子简并样品，而从较密集的UV MOT中加载产生$2.4\times10^6$原子。在最高原子数不是优先考虑的情况下，这种灰色糖蜜技术的实施以相对较低的技术努力产生足够大的样品。
2018-08-21 physics.atom-ph
First principle simulation of ultra-cold ion crystals in a Penning trap with Doppler cooling and a rotating wall potential
本文对旋转壁潘宁阱中多离子相互作用进行了直接数值模拟。离子动力学模型的经典。轴向和平面多普勒激光冷却模型使用随机动量脉冲的基础上两个层次的原子散射率。被模拟的等离子体是由100个离子组成的超冷二维晶体。我们比较多普勒冷却的结果直接到以前的线性本征模分析。在频率和模式结构的协议。此外，当应用多普勒激光冷却时，激光冷却的稳态等离子体轴向温度符合多普勒冷却极限。使用这里描述和基准的方法的数值模拟将提供对大型捕获离子晶体的动力学的见解，提高它们作为量子模拟和传感平台的性能。
2019-03-25 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Narrow-line-mediated Sisyphus cooling in the $^{3}\mathrm{P}_{2}$ metastable state of strontium
本文演示了锶$^{3}\mathrm{P}_{2}$态中窄线宽介导的Sisyphus冷却，结合多普勒冷却实现高效冷却，并通过光泵浦实现连续输出，原子数提升两倍，适用于下一代量子传感器。
2025-06-24 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Coherent laser cooling with trains of ultrashort laser pulses
本文提出用超短宽带脉冲串将相干激光冷却推广到宽带跃迁，解析研究并数值模拟了在单次自发辐射寿命内降低动量展宽的方法，对冷却正电子素等短寿命快粒子具有重要意义。
2024-02-26 physics.atom-ph physics.optics
Narrow-line magneto-optical trap for dysprosium atoms
我们提出了我们的技术，以创建一个磁光阱的镝原子使用窄线冷却过渡在626 $\,$ nm，以实现适当的条件，直接加载到一个光学偶极阱。磁光阱通过塞曼减速器从原子束加载，使用在421 $\,$ nm处的最强原子跃迁。通过这两个冷却转变的组合，我们可以在低至6 $\, μ$ K的温度下捕获多达$2.0\cdot10^8$原子。这种冷却方法比目前的超冷镝的工作更简单，并提供了类似的转移到光学偶极阱的起始条件。
2014-03-06 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Micromotion-Synchronized Pulsed Doppler Cooling of Trapped Ions
我们提出并证明了一种新的方法，多普勒冷却捕获的离子晶体的微动幅度的分布可能是大的和不均匀的。该技术使用与陷阱RF同步的多普勒冷却光脉冲，当离子的速度接近节点时，该脉冲选择性地靶向离子，从而通过单一色调的冷却光在晶体上实现更均匀的冷却。我们提出了一个理论框架，描述了这种技术是实用的，并提供了一个简单的实验演示。
2023-02-09 physics.atom-ph
Laser Cooling with Adiabatic Transfer on a Raman Transition
利用窄线宽光学跃迁实现了一种新的激光冷却机制。反向传播的激光束在频率上被扫描以引起基态和激发态之间的绝热转移，并且多普勒频移提供时间排序，其确保相关联的光子反冲与粒子的运动相反。我们现在将这种技术扩展到$^{87}$ Rb，它没有窄线宽的光学跃迁，通过使用人工窄双光子拉曼跃迁。该冷却机制能够施加大的力来压缩原子系综的相空间，而不依赖于自发发射，从而为其在冷却缺乏闭合循环转变的分子或其他粒子中的潜在用途提供进一步的支持。由于绝热传输的动态是至关重要的拉曼SWAP冷却的可行性评估，我们还开发了一个通用的模型，拉曼朗道-齐纳过渡存在的自由空间散射。
2018-05-11 physics.atom-ph quant-ph
Modeling near ground-state cooling of two-dimensional ion crystals in a Penning trap using electromagnetically induced transparency
潘宁陷阱，具有控制数十到数百个离子的平面晶体的能力，是多功能的量子模拟器。横向于离子晶体平面的运动鼓面模式的热占据降低了量子模拟的质量。利用电磁感应透明的激光冷却（EIT冷却）作为一种快速将鼓面模初始化到接近基态占据的有效方法是有吸引力的。我们数值研究的效率EIT冷却平面离子晶体中的潘宁陷阱，占所产生的复杂性的陷阱的性质和从同时冷却的多个离子。我们表明，尽管面临挑战，鼓面模式（数百千赫）的大带宽可以迅速冷却到近基态职业在几百微秒。我们的预测的质量中心模式包括几十微秒的冷却时间常数和增强的冷却速率与离子的数量增加。NIST潘宁阱中EIT冷却的成功实验演示[E. Jordan，K. A. Gilmore，A. Shankar，A. Safavi-Naini，M. J. Holland和J. J. Bollinger，“近基态冷却的二维捕获离子晶体超过100个离子”，（2018），提交。验证我们的预测。
2018-09-18 cond-mat.quant-gas physics.atm-clus physics.atom-ph
Robust two-dimensional subrecoil Raman cooling by adiabatic transfer in a tripod atomic system
我们展示了二维强大的拉曼冷却在一个四能级三脚架系统，其中速度选择性的人口转移是由STIRAP脉冲实现。与具有方形包络脉冲的基本2D拉曼冷却[Phys.Rev.A83，023407（2011）]相反，一旦绝热性标准得到满足，这里提出的技术允许脉冲持续时间和幅度的宽变化。有效的布居转移以及共振速度群的窄扩展的实现导致速度分布扩展向下窄化到$0.1v_\mathrm{rec}$，对应于等于$0.01 T_\mathrm{rec}$的有效温度。这种强大的方法为中性原子的冷却开辟了新的可能性。
2012-09-06 physics.atom-ph
Electromagnetically-Induced-Transparency Cooling with a Tripod Structure in a Hyperfine Trapped Ion with Mixed-Species Crystals
针对超精细结构离子难以实现标准EIT冷却的问题，提出通过添加额外激光频率在25Mg+上实现EIT冷却的方法，并成功在混合物种晶体中演示了所有轴向模式的同步冷却。
2024-08-23 physics.atom-ph quant-ph
Double-EIT Ground-State Cooling of Stationary Two-Dimensional Ion Lattices
本文从理论和实验上研究了Paul阱中二维离子晶体的双电磁感应透明冷却。观察到双EIT基态冷却的\Yb离子与时钟状态，EIT冷却尚未实现像许多其他离子与一个简单的$Λ$ -方案。对于单个离子，观察到$\dot{\bar n}=34~(\pm1.8)~\rm{ms}^{-1}$的冷却速率和$\bar n=0.06~(\pm 0.059)$的冷却极限。测得的冷却速率和极限与理论预测一致。我们应用双EIT冷却的横向模式的二维（2D）晶体与多达12个离子。在我们的二维晶体中，微动和横模方向是垂直的，这使得它们解耦。因此，横向模上的冷却不受微动的干扰，这在我们的实验中得到了证实。对于12离子晶体的质心模式，我们观察到的冷却速率和冷却极限是一致的，与一个单一的离子，包括加热速率成比例的离子的数量。这种方法可以扩展到其他超精细量子比特，并且具有大量离子的静止2D晶体的近基态冷却可能会推进量子信息科学领域。
2021-05-10 physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic cooling of $^4$He$^+$ ions in a radiofrequency trap
我们在线性射频阱中，通过激光冷却$^9$ Be $^+$的感应冷却，制备了超冷$^4$ He $^+$离子的库仑晶体。获得了在$\sim$ 20 mK下含有多达150个局部He $^+$离子的稳定晶体。系综或单个超冷He $^+$离子为进行QED的精确测试和核半径的测量开辟了有趣的前景。本工作还表明了用$^9$ Be $^+$作为冷却剂冷却和结晶高电荷原子离子的可行性。
2004-12-09 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Laser cooling trapped-ion crystal modes beyond the Lamb-Dicke regime
针对兰姆-迪克区外囚禁离子晶体的冷却问题，提出非微扰半经典方法，可准确模拟高能现象并与实验及全量子模拟对比，补充全量子模型，实现更高能标下的快速准确预测。
2024-11-27 physics.atom-ph quant-ph
Electromagnetically Induced Transparency (EIT) aided cooling of strontium atoms
针对碱土金属原子两阶段多普勒冷却中第二阶段俘获效率低的问题，提出利用电磁感应透明辅助冷却锶原子，以提升窄线跃迁冷却的原子转移效率。
2023-11-14 physics.atom-ph
Spectrally narrow, long-term stable optical frequency reference based on a Eu$^{3+}$:Y$_{2}$SiO$_{5}$ crystal at cryogenic temperature
利用580 nm的超稳连续激光，我们在很高的光谱分辨率下对Eu $^{3+}$：Y $_{2}$ SiO $_{5}$进行了光谱烧孔。确定作为“宏观”频率参考的有用性的基本参数：线宽，温度灵敏度，长期稳定性进行了表征，使用H-脉泽稳定的频率comb. Spectral孔线宽低至6 kHz的观察和孔频率的漂移的上限被确定为5 $\pm$ 3 mHz/s的顺序。讨论了对这些光谱空穴实现激光稳频超高稳定度的必要条件。
2011-09-06 physics.atom-ph physics.optics
Narrow-line cooling of $^{87}$Rb using 5S$_{1/2} \rightarrow$ 6P$_{3/2}$ open transition at 420 nm
本文利用420 nm处的5S$_{1/2} \ ightarrow$ 6P$_{3/2}$窄开放跃迁对$^{87}$Rb原子进行磁光阱冷却，成功捕获约$10^{8}$个原子并实现约$54~μ$K的低温，同时系统研究了各光束参数对阱性能的影响。
2022-05-09 physics.atom-ph
Sympathetic cooling of $^{40}\textbf{Ca}^+$ - $^{27}\textbf{Al}^+$ ion pair crystal in a linear Paul trap
$^{27}$ Al $^+$离子光钟具有室温下黑体辐射漂移小、对磁漂移不敏感等优点，是最有吸引力的光钟之一。然而，在目前没有167 nm激光的情况下，它不能直接激光冷却。这个问题可以通过感应冷却来解决。在这项工作中，一个线性的保罗陷阱被用来捕获$^{40}$钙$^{+}$和$^{27}$铝$^+$离子同时，和一个单一的多普勒冷却$^{40}$钙$^+$离子被用来同情地冷却一个单一的$^{27}$铝$^+$离子。从而成功地合成了一种“亮-暗”双离子晶体。通过测量载波和边带光谱强度的比值，估计晶体的温度约为7 mK。最后，通过对离子晶体的久期运动频率的精确测量，证明了暗离子是$^{27}$ Al $^+$离子，这意味着我们研制的$^{27}$ Al $^+$量子逻辑时钟又向前迈进了一大步.
2019-01-24 physics.atom-ph
Indirect Cooling of Weakly Coupled Trapped-Ion Mechanical Oscillators
本文提出利用囚禁势参量调制将弱冷却辐射耦合模式与强冷却辐射耦合模式耦合，实现囚禁离子晶体中难以直接冷却运动模式的间接近基态冷却，并在多种同种及混合离子晶体中验证了该方法的有效性。
2024-04-03 physics.atom-ph quant-ph
Narrow-Line Electric Quadrupole Cooling And Background-Free Imaging Of A Single Cs Atom With Spatially Structured Light
该研究利用 685 nm 空间结构光激发 Cs 原子窄线电四极跃迁，实现 99.58(3)% 保真度的无背景成像，并在 1.1 mK 光镊中冷却至 5 μK。
2025-05-15 physics.atom-ph quant-ph
Narrow-line cooling and imaging of Ytterbium atoms in an optical tweezer array
工程可控、强相互作用的多体量子系统是量子模拟和量子信息处理的前沿。光镊中的激光冷却中性原子阵列由于其灵活性和通过里德伯态产生强相互作用的潜力而成为一个有前途的平台。现有的中性原子阵列实验使用碱金属原子，但碱土金属原子在相干性和控制方面具有许多优势，也为精密测量和计时的新应用打开了大门。在这项工作中，我们提出了一种技术来捕获单个碱土类镱（Yb）原子的光镊阵列。窄的$^1S_0$ - $^3P_1$互组合线用于在532 nm处的魔波长光镊中的冷却和成像。低多普勒温度允许在饱和强度附近成像，从而导致非常高的原子检测保真度。我们通过观察罕见的（$10^4$图像中的$<$ 1）自发量子跳跃进入和脱离亚稳态来具体证明成像保真度。我们还展示了随机加载的原子到一个二维的，144位的镊子阵列。该平台将推动量子信息处理、量子模拟和精密测量的发展。所展示的窄线多普勒成像也可以应用于镊子阵列或量子气体显微镜，使用具有类似跃迁的其他原子，如铒和镝。
2018-10-24 physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic cooling of a large ${}^{113}\mathrm{Cd}^{+}$ ion crystal with ${}^{40}\mathrm{Ca}^{+}$ in a linear Paul trap
本文在直线保罗阱中用激光冷却的钙离子协同冷却并结晶了大量镉离子，形成双组分离子晶体，测得镉离子温度低至41 mK，并研究了影响冷却效果的因素，为提升镉离子微波钟精度奠定基础。
2022-01-10 physics.atom-ph
Diagnostic criterion for crystallized beams
保罗阱中的小离子晶体即使在没有激光冷却的情况下也是稳定的。基于这一理论和实验上公认的事实，我们提出了以下诊断标准，以建立一个结晶束的存在：没有加热关闭后的所有冷却设备。详细的数值模拟的帮助下，检查该标准的有效性。
1998-03-10 physics.acc-ph physics.atom-ph
An ytterbium quantum gas microscope with narrow-line laser cooling
我们证明了在一个哈伯德制度的二维光晶格与短晶格常数为266 nm的个别玻色子$^{174}\mathrm{Yb}$原子的站点分辨成像。为了抑制用于高分辨率成像的具有波长$λ$ = 399 nm的$^1S_0$ - $^1P_1$跃迁的探测光的加热，并且在荧光成像期间将原子保持在相同的晶格位置，我们通过另外应用具有波长$λ$ = 556 nm的$^1S_0$ - $^3P_1$跃迁的窄线光学糖蜜来同时冷却原子。我们获得了$T = 7.4(1.3)\ μ\mathrm{K}$的低温，对应于成像过程中沿水平轴的平均振荡量子数为0.22（4）。我们在400 ms的曝光时间内平均从单个原子检测到200个荧光光子，并估计检测保真度为87（2）%。实现了对哈勃体系光晶格中Yb原子具有足够保真度的量子气体显微镜，为研究各种量子多体系统（如玻色和费米气体及其混合物）以及长程相互作用系统（如里德伯态）开辟了可能性。
2015-09-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
$^{174}\mathrm{Yb}^+$-$^{113}\mathrm{Cd}^+$ sympathetic-cooling bi-species Coulomb crystal applied to microwave frequency standard
报道了以$^{174}\mathrm{Yb}^+$离子为冷却剂的$^{174}\mathrm{Yb}^+$ - $^{113}\mathrm{Cd}^+$双组分库仑晶体的制备，并验证了其作为$^{113}\mathrm{Cd}^+$共振冷却微波频率标准的应用潜力。$^{113}\mathrm{Cd}^+$离子被捕获在中心，这大大减少了RF加热和$^{113}\mathrm{Cd}^+$离子所经受的过度微动。在该方案下，由于二阶多普勒效应引起的不确定性被降低到$5\times10^{-16}$，这代表了比交感冷却的$^{40}\mathrm{Ca}^+$ - $^{113}\mathrm{Cd}^+$晶体提高一个数量级。二阶塞曼效应对微波离子频标的不确定度贡献最大，其不确定度被减小到$4\times10^{-16}$。相关AC斯塔克位移不确定度估计为$4\times10^{-19}$。这些结果表明，使用$^{174}\mathrm{Yb}^+$作为$^{113}\mathrm{Cd}^+$的冷却剂离子是非常优越的，并确认了采用$^{174}\mathrm{Yb}^+$ - $^{113}\mathrm{Cd}^+$双组分晶体的交感冷却镉离子微波时钟系统的可行性。
2023-07-04 physics.atom-ph quant-ph
Narrow-line magneto-optical trap for erbium
我们报告了一个强大的和有效的磁光陷阱的铒原子的实验实现，基于一个狭窄的冷却过渡在583 nm。我们在大约$T=15 μK$的温度下观察到多达$N=2 \times 10^{8}$原子。这种简单的方案提供了更好的启动条件，直接加载偶极陷阱相比，基于强冷却过渡单独的方法，或在一个强的和窄的kHz过渡的组合。我们的研究结果Er点的激光冷却样品的其他镧系元素原子（Ho，Dy和Tm）的量子简并样品的生产的一般，简单和有效的方法。
2012-05-16 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Collectively enhanced ground-state cooling in subwavelength atomic arrays
本文提出利用亚波长原子阵列的窄亚辐射集体共振实现边带冷却，证明不同俘获频率下偶极相互作用可使原子系综达到更低温度乃至基态冷却。
2025-08-29 physics.atom-ph quant-ph
Cooling trapped ions with phonon rapid adiabatic passage
本文提出声子快速绝热通道（phrap）技术，通过相干交换模式布居加速离子冷却，实现数量级提速并对涨落不敏感。
2024-03-18 physics.atom-ph quant-ph
Sub-Doppler cooling of trapped ions using optical tweezers
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；QuSoft
提出一种利用中空光镊与微波驱动实现囚禁离子晶体亚多普勒冷却的方案，通过西西弗斯冷却机制，对多达三个离子实现快速冷却，可作为多普勒冷却与基态冷却的中间步骤。
2026-09-24 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Beam-Splitter Cooling and Thermometry in Large Trapped-Ion Crystals
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Center for Quantum Information, Communication and Computing, Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院量子信息、通信与计算中心）
提出量子分束器冷却（QBSC）协议，利用红边带驱动实现质心模与集体自旋的SWAP操作，快速冷却至近基态，并基于离子布居统计实现近最优量子分束器测温（QBST）。
2026-07-01 physics.atom-ph quant-ph
Narrow-line magneto-optical trap for europium
本文报道了利用自然线宽为97 kHz的窄谱线冷却跃迁实现铕原子的磁光阱。我们的出发点是连续捕获和光泵亚稳态铕原子的冷却。我们对亚稳态原子和基态原子采用了同时MOT。被捕获的亚稳态原子被连续地抽运回到基态，然后被连续地加载到窄线MOT，在那里最多可捕获$4.7\times10^7$原子。通过压缩过程获得在$6\,\mathrm{μK}$的温度下并且具有$2.2\times10^{11}\,\mathrm{cm^{-3}}$的峰值数密度的自旋极化样品，导致$3\times10^{-5}$的相空间密度。
2021-02-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Deep laser cooling in optical trap: two-level quantum model
研究了偶极光阱中$^{24}$ Mg原子的激光冷却，泵浦场共振到窄$(3s3s)\,^1S_0 \rightarrow \, (3s3p)\,^{3}P_1$（$λ= 457$ nm）光跃迁.为了描述考虑量子反冲效应的光阱中原子的激光冷却，我们考虑两种量子模型。第一种是基于原子密度矩阵量子动力学方程的直接数值解，第二种是基于原子密度矩阵在偶极阱中振动态上分解的简化模型。研究了抽运场强度和失谐量对最小冷却能量和快速激光冷却的影响。
2017-06-06 physics.atom-ph
Doppler cooling of a Coulomb crystal
本文从理论上研究了线性离子阱中二能级原子团的多普勒激光冷却。使用几个连续的平均步骤，我们推导出，从完整的量子力学主方程，一个方程的总机械能的一维晶体，定义在一个粗粒度的能量尺度上的网格尺寸小于线宽的电子跃迁。该方程描述了任意数量的离子和量子机制中的冷却动力学。我们讨论了遍历假设（即相空间分布只是能量的函数）的有效性。从我们的方程中，我们导出了半经典极限（即当机械运动可以经典地处理时）和Lamb-Dicke极限（即当机械波函数的大小远小于激光波长时）。我们找到了一个福克-普朗克方程的总机械能的系统，其解决方案是在协议与以前的分析计算是基于不同的假设和有效的，只有在其特定的制度。最后，在经典极限，我们推导出平均耦合的解析表达式，通过光散射，在不同的能量之间的运动状态。
2001-05-30 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic cooling and detection of a hot trapped ion by a cold one
研究了一个离子被另一个激光冷却离子或小离子晶体共振冷却的动力学。为此，我们开发了简单的模型的冷却动力学在弱库仑相互作用的限制。在实验上，我们利用激光烧蚀产生的中性原子的光电离，制备了Ca $^+$和Al $^+$的双离子晶体。我们用时间分辨荧光光谱法研究了激光烧蚀原子穿过陷阱的速度分布。我们观察到中性原子的速度远高于那些热加热的样品，并发现作为一个结果长的symathethic冷却时间之前结晶发生。我们的关键结果是一种新的技术，用于检测负载的初始热离子的能量在eV范围内，通过监测多普勒冷却离子的运动状态已经存在于陷阱。该技术不仅检测离子，而且还提供关于交感冷却过程的动力学的信息。
2015-09-02 physics.atom-ph quant-ph
Collisional cooling of internal rotation in MgH$^+$ ions trapped with He atoms: Quantum modeling meets experiments in Coulomb crystals
利用从头计算势能面方法计算了MgH $^+$（$^1Σ$）离子与He（$^1$ S）原子的电子相互作用，从多通道散射问题的量子处理出发，计算了相应的态变旋转非弹性碰撞截面.我们专注于量子动力学在目前的合作伙伴在较早的讨论，冷离子阱实验（见下文），我们希望详细建模的能量低。相应的状态变化率之间计算的分子离子的较低的旋转状态来描述的时间演化动力学，随后由最近的实验库仑结晶MgH $^+$（$^1Σ$），其中离子被旋转冷却后的微动调谐上传到陷阱的他作为缓冲气体。实验中最终离子旋转温度的当前计算建模结果与他们的观察结果非常一致，并且在离子的旋转温度和热温度之间快速平衡。
2020-10-27 physics.atom-ph physics.chem-ph
Narrow-line magneto-optical trap of titanium atoms
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Challenge Institute for Quantum Computation（挑战量子计算研究所）；Joint Quantum Institute（联合量子研究所）；National Institutes for Standards and Technology（国家标准与技术研究院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文实现了钛原子的窄线磁光阱，利用1040 nm跃迁冷却至亚微开温度，通过两阶段操作和斯特恩-盖拉赫分离，测得98%原子处于拉伸自旋态。
2026-09-11 physics.atom-ph
Coherent cooling of atoms in a frequency-modulated standing laser wave: wave function and stochastic trajectory approaches
在稳态近共振驻波场中，中等冷原子的波函数由于波包分裂而快速离域。然而，我们表明，频率调制的字段可能会抑制包分裂的一些原子具有特定的速度在一个狭窄的范围内。这些原子在很长一段时间内保持在一个小空间中。我们证明和解释这种效果的数值和分析。同时，我们还证明了调制场不仅可以囚禁原子，而且可以冷却原子。我们对具有较宽初速度和能量分布的大原子系综进行了数值实验。在实验过程中，大部分原子离开了波，而被囚禁原子的能量分布很窄
2013-11-26 physics.atom-ph quant-ph
