Narrow Line Cooling: Finite Photon Recoil Dynamics
我们提出了一个广泛的研究独特的热和机械动力学窄线冷却的1 S 0 - 3 P1 88 Sr过渡。对于负失谐，陷阱动力学揭示了从半经典制度的光子反冲占主导地位的量子制度的过渡，产生一个绝对最小值的平衡温度低于单光子反冲限制。对于正失谐，云分裂成离散的动量包，其排列模仿面心立方晶体上的晶格点。这种新的行为产生于速度选择和“正反馈”加速由于有限数量的光子反冲。冷却是用蓝色失谐光在重力平衡辐射力的速度周围实现的。
2004-07-10 physics.atom-ph physics.optics
Scaling Law in Laser Cooling on Narrow-Line Optical Transitions
本文研究了具有窄谱线光学跃迁的原子的激光冷却，即在激光与光相互作用的量子性质导致显著反冲效应的区域中。结果表明，当红失谐量接近3个反冲频率时，二能级原子在驻波中的最低激光冷却温度与半经典描述多普勒冷却的理论有很大不同。引入了一组无量纲参数，它唯一地表征了不同原子在激光场中的窄线光学跃迁的时间演化和稳态。这些结果可用于分析原子钟中重要的$Ca$、$Sr$和$Mg$等窄谱线原子的最佳激光冷却条件。
2018-11-26 physics.atom-ph
Sympathetic cooling of trapped Th3+ alpha-recoil ions for laser spectroscopy
本研究在线性Paul阱中利用88Sr+离子对铀反冲离子源提取的Th3+离子进行协同冷却，形成双组元Coulomb晶体，并测量了230Th3+的跃迁绝对频率与同位素位移，验证了该系统适用于229Th3+核态超精细光谱学。
2023-12-08 nucl-ex physics.atom-ph
Observation of recoil-induced resonances and electromagnetically induced absorption of cold atoms in diffuse light
本文报道了在漫射光中观察到冷Rb ~（87）原子的反冲共振（RIR）和电磁诱导吸收（EIA）的实验结果。RIR和EIA的泵浦光来自积分球中的漫射光，积分球也用于冷却光。探测光束是从冷却激光器分离的弱激光，以保持冷却激光器和探测激光器相关。我们测量了RIR和EIA信号随漫射光失谐量的变化，并测量了不同失谐量下冷原子的温度。讨论了在漫射光抽运和激光探测的结构下，冷原子的RIR和EIA机制，并研究了在漫射光冷却系统中冷原子的非线性谱与在光学糖蜜和磁光阱中冷原子的非线性谱的差异。
2009-03-22 physics.atom-ph physics.optics
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
A pulsed Sisyphus scheme for laser cooling of atomic (anti)hydrogen
我们提出了一种激光冷却技术，在该技术中，原子被选择性地激发到一个修饰的亚稳态，其光移和衰减率是空间相关的西西弗斯冷却。对利用脉冲紫外激光和连续可见激光冷却1 S-2S-3 P跃迁的磁囚禁（反）氢的情况进行了数值模拟。我们发现了一些有吸引力的功能，包括快速的三维冷却从~1 K到反冲限制，毫开尔文温度，以及抑制自旋翻转损失和可管理的光电离损失。
2011-01-19 physics.atom-ph
High-Flux Cold Ytterbium Atomic Beam Source Using Two-Dimensional Laser Cooling with Intercombination Transition
我们证明了一个高通量和低横向温度的镱原子束应用二维冷却使用${}^1\mathrm{S}_0\text{-}{}^3\mathrm{P}_1$互组合过渡到偶极允许的${}^1\mathrm{S}_0\text{-}{}^1\mathrm{P}_1$过渡产生的冷原子束。对于纵向速度为$30\,\mathrm{m/s}$的原子束，获得了$11 \pm 9\,\mathrm{μK}$的最佳横向温度和$(7.5 \pm 1.0) \times 10^8\,\mathrm{atoms/s}$的原子通量。在纵向速度为$22 - 30\,\mathrm{m/s}$的范围内，横向温度保持在$23\,\mathrm{μK}$以下，而通量高于$6.5 \times 10^8\,\mathrm{atoms/s}$。我们还讨论了利用基态和长寿命亚稳态之间的动量选择性光学跃迁进一步缩小横向动量宽度到小于反冲动量的可行性。我们的原子束的横向动量宽度小于反冲动量的5.7倍，这是所提出的方法的一个很好的起点。
2022-09-01 physics.atom-ph
Sub-Recoil Transverse Momentum Width in a Cold Ytterbium Atomic Beam
该研究通过二维横向激光冷却与长寿命亚稳态动量滤波，产生横向动量宽度低于光子反冲的慢镱原子束，并据此实现 Bragg 干涉仪。
2025-05-13 physics.atom-ph
Super-ultralow temperature laser cooling via interacting dark-state resonances
我们提出了一个激光冷却机制，导致温度显着低于单光子反冲限制，约$4\times 10^{-4}\,E_{r}$。这种机制得益于尖锐和高对比度的光谱，这是由相互作用的暗态共振。理论上证明了在两束反向传播的探测光束和两束垂直于另外两束的附加光束的照射下，四能级原子会表现出新的冷却效应;对于红色失谐的探测激光，原子会受到很强的粘滞力和极小的扩散，这是由自发发射过程的随机性引起的加热特性.通过量子力学模拟，我们发现，最低温度接近0.3 nK的情况下，汞，显着低于反冲能量的限制。我们所提出的方案的另一个优点是，不需要外部磁场或强的外部约束势。
2018-05-15 physics.atom-ph quant-ph
Continuous-wave Doppler-cooling of hydrogen atoms with two-photon transitions
提出并分析了利用1 S-2S跃迁对氢原子进行双光子连续波多普勒冷却的可能性。2S能级的“淬灭”（通过与2 P态耦合）用于增加循环频率，并控制平衡温度。由于多普勒自由双光子跃迁的加热效应的理论和数值研究证据的温度增加了两个因素。平衡温度随着激发态的有效宽度（取决于猝灭）而降低，因此可以调节到接近反冲温度的值。
2000-10-07 physics.atom-ph
Low and high intensity velocity selective coherent population trapping in a two-level system
利用689nm窄线宽的互组合谱线，对锶原子二能级系统中的速度选择相干布居俘获进行了亚反冲冷却的实验研究。这里，反冲位移和线宽之间的比率高达0.64。我们发现，在一个更广泛的动量剖面，亚反冲功能的发展，其幅度是强烈依赖于共振失谐。我们将这种结构归因于速度选择相干布居俘获机制。我们还表明，人口捕获现象导致复杂的动量分布的情况下，高度饱和的过渡，显示了众多的subrecoil功能的反冲动量的整数倍。
2009-07-30 physics.atom-ph
Laser Cooling by Sawtooth Wave Adiabatic Passage
我们提供了一个理论分析，最近证明的冷却方法。二能级粒子在与反向传播的激光束相互作用时经历连续的绝热转移，所述激光束在过渡频率上反复扫描。我们表明，窄线宽的过渡粒子可以被冷却到附近的反冲极限。与多普勒冷却相比，这种冷却机制对自发发射的依赖性降低，因此显示出应用于缺乏闭合循环转变的系统（例如分子）的前景。
2018-06-08 physics.atom-ph quant-ph
Development of a recoil ion source providing slow Th ions including $^{229(m)}$Th in a broad charge state distribution
同分异构体$^{229m}$ Th的离子对于构建“核钟”和在基础物理学领域用于测试自然的对称性是高度感兴趣的主题。它们可以有效地捕获在保罗陷阱，这是理想的执行高精度量子逻辑光谱。从激光烧蚀源中捕获和识别长寿命的$^{232}$ Th $^{+}$离子已经通过TACTICA关于用钙捕获和冷却钍离子的合作进行了证明。$^{229m}$ Th最容易作为$α$获得--$^{233}$ U衰变的衰变子体。我们报告慢Th离子源的发展，包括$^{229(m)}$ Th的TACTICA实验。$^{229(m)}$ Th源目前正在建造中，它包括一个$^{233}$ U单层，$^{229(m)}$ Th离子从该单层反冲。它们在电场中减速。$^{229(m)}$ Th反冲离子的初始电荷态分布守恒是该源的独特之处。我们目前的离子飞行模拟我们所采用的布局，并给出了最终的设计。该源将提供Th离子在其原始电荷状态下的能量适合于在线性Paul阱中捕获用于光谱学研究。
2020-02-12 physics.atom-ph
Simulation of positronium laser cooling using the Lindblad master equation
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（RIKEN 物质结构科学研究中心）；The University of Tokyo（东京大学）
该研究基于林德布拉德主方程模拟正电子素激光冷却，考虑原子相干性，定量预测冷却后的动量分布，发现可通过速度选择相干布居俘获实现反冲以下冷却。
2026-08-07 physics.atom-ph
Motion-selective coherent population trapping by Raman sideband cooling along two paths in a $Λ$ configuration
我们报告了我们的实验边带冷却与两个拉曼跃迁的$Λ$配置，允许选择性相干布居捕获（CPT）的运动基态。将该冷却方法应用于圆极化一维光晶格中的$^{87}$ Rb原子。由于矢量极化率的存在，囚禁原子的振动频率依赖于其塞曼量子数，而$Λ$组态中一对束缚态的CPT共振依赖于它们的振动量子数.我们称这种方案为运动选择相干布居捕获（MSCPT），它是一个捕获的原子模拟的速度选择CPT开发的自由氦原子。我们观察到一个明显的下降温度附近的失谐拉曼光束，以满足CPT共振条件的运动基态。虽然由于我们的装置具有较大的Lamb-Dicke参数2.3，我们得到的最低温度是反冲极限的10倍，但实验表明MSCPT增强了拉曼边带冷却的有效性，扩大了其应用范围。讨论了在$^{87}$ Rb原子上优化MSCPT的设计参数，以及双原子极性分子提供的机会，其斯塔克位移显示出对转动量子数的强烈依赖性。
2022-05-11 physics.atom-ph
Narrow Line Cooling and Momentum-Space Crystals
窄谱线激光冷却正在推进从基础原子物理学研究到高精度光学频率标准的实验前沿。在本文中，我们提出了一个广泛的描述的系统和必要的技术，实现689 nm 1 S 0 - 3 P1窄线冷却的原子88 Sr。窄线冷却和捕获动力学也进行了详细研究。通过控制功率展宽跃迁线宽和单光子反冲频移的相对大小，我们表明，它是可能的连续桥接半经典和量子力学冷却之间的差距。新的半经典冷却过程，其中一些是密切相关的重力，也进行了探讨。此外，对于以上的原子共振调谐的激光频率，我们证明动量空间晶体包含多达26个明确定义的晶格点。重力辅助冷却也可以用蓝色失谐光来实现。理论上，我们发现蓝失谐动力学是普遍的多普勒限制系统。本文对窄谱线激光冷却作了迄今为止最全面的研究。
2004-07-02 physics.atom-ph physics.optics
Sub-Doppler Laser Cooling using Electromagnetically Induced Transparency
我们提出了一个亚多普勒激光冷却机制，利用电磁感应透明（EIT）现象产生的独特的光谱特征和极端的色散。EIT是具有多个内部量子态的原子在适当频率的激光场照射下所经历的一种相消量子干涉现象。通过将激光从“暗共振”中稍微失谐，我们观察到，在透明窗口内，原子可以受到很强的粘性力，而仅被自发光子散射引起的扩散轻微加热。与其他激光冷却方案（例如偏振梯度冷却或EIT边带冷却）相比，不需要外部磁场或强外部限制势。使用半经典近似，我们推导出解析定量表达式的稳态温度，这是证实了全量子力学数值模拟。我们发现，最低可达到的温度接近单光子反冲能量。除了耗散力外，原子还受到一个定态保守势的作用，这就导致了空间约束的可能性。我们发现，在典型的实验参数下，这种效果是弱的，稳定的捕获是不可能的。
2016-10-10 physics.atom-ph physics.optics
Steady-state spin synchronization through the collective motion of trapped ions
超窄线宽原子耦合到一个有损耗的光学腔模式同步，即发展相关性，并表现出稳态超辐射连续再泵浦时。这种类型的系统显示了丰富的集体物理和承诺可扩展的应用。这些功能启发我们调查，如果类似的自旋同步是可能的，在不同的平台，这是目前最强大的和可控的实验测试平台之一：离子阱系统。我们设计了一个系统的主要和次要种类的离子，共享一组共同的正常模式的振动。在类比的有损光学模式，我们建议使用一个有损的正常模式，通过交感冷却与第二种离子，调解自旋同步的主要品种的离子。我们的数值研究表明，自旋自旋相关的发展，导致宏观集体自旋在稳态。我们提出了一种基于拉姆齐干涉测量的实验方法来检测这种集体自旋的签名;我们预测，相关性延长了拉姆齐条纹的可见性，并且在拉姆齐序列结束时的人口统计数据可用于直接推断自旋-自旋相关性。
2016-12-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Development of an optimal laser for chirp cooling of positronium based on chirped pulse-train generator
本文研制并表征了一种基于啁啾脉冲串发生器的243 nm脉冲激光器，其啁啾率和线宽满足正电子素啁啾冷却需求，结合数百微焦耳脉冲能量，使Ps激光冷却实验成为可能。
2023-08-01 hep-ex physics.atom-ph physics.optics
A single-photon large-momentum-transfer atom interferometry scheme for Sr or Yb atoms with application to determining the fine-structure constant
提出利用单光子光钟跃迁测量Sr或Yb原子光子反冲的中等规模差分原子干涉仪方案，通过独立发射两团超冷原子消除重力梯度相位，有望将精细结构常数的不确定度降低10倍。
2024-06-03 hep-ex physics.atom-ph quant-ph
Quantum treatment of two-stage sub-Doppler laser cooling of magnesium atoms
对$^{24}$镁原子的激光冷却问题进行了理论研究。我们提出了两阶段的亚多普勒冷却策略，使用电偶极跃迁$3^3P_2$ $\to$ $3^3D_3$（$λ$ =383.9 nm）。第一阶段是利用$σ^+$和$σ^-$光束的磁光阱，而第二阶段是利用线性$\perp$线性糖蜜。我们致力于在冷原子云中获得大量的超冷原子（T $_{eff}$ < 10 $μ$ K）。计算是在充分考虑反冲效应的量子处理的基础上，脱离了许多广泛使用的近似。分析了不同光场强度和频率失谐下冷原子的稳态平均动能和线动量分布。进行量子分析的结果表明，从基于福克-普朗克方程的半经典方法的结果显着的差异。在一定条件下，第二冷却阶段可以提供比第一冷却阶段足够低的原子云动能以及增加的超冷原子的分数。我们希望所获得的结果可以帮助克服目前的实验问题，在$^{24}$镁原子的激光场的方式进行深度冷却。冷镁原子，被大量冷却到几个微开尔文，有一定的兴趣，例如，在量子计量学。
2015-08-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Rapid multi-mode trapped-ion laser cooling in a phase-stable standing wave
Cornell University（康奈尔大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本研究通过相稳定驻波实现快速多模式锁住离子激光冷却，突破传统限制，实现基态冷却。
2026-09-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Femtosecond wavepacket interferometry using the rotational dynamics of a trapped cold molecular ion
提出了一种利用冷囚禁离子和两个延迟非共振飞秒激光脉冲的Ramsey型干涉仪。激光耦合到分子极化各向异性，引起旋转波包动力学。从最终无场转动态的延迟相关布居得到干涉图。目前的实验能力的冷却和准备的初始状态被发现产生的干涉图的可见度超过80%。干涉图可用于确定极化率各向异性，其精度分别约为$\pm 2\%$和$\pm 5\%$，前提是初始布居的不确定性和测量误差被限制在相同的限度内。
2014-11-14 physics.atom-ph quant-ph
2000-times repeated imaging of strontium atoms in clock-magic tweezer arrays
我们证明了单原子分辨成像的生存概率为$0.99932(8)$和保真度为$0.99991(1)$，使我们能够在镊子中重复进行数千次的单原子高保真成像。我们进一步观察到寿命下激光冷却超过7分钟，一个数量级的时间比以前的镊子研究。实验是用锶原子在$813.4~\text{nm}$镊子阵列中进行的，这是一个神奇的波长的时钟跃迁。调谐到这个波长是通过在相互组合线上的非魔法西西弗斯冷却实现的，这让我们几乎可以任意选择镊子波长。我们发现，径向方向上的单个非逆反射冷却束足以减轻成像期间的反冲加热。此外，这种冷却技术产生低于$5~μ$ K的温度，如通过释放和再捕获测量的。最后，我们展示了时钟状态分辨检测，平均生存概率为$0.996(1)$，平均状态检测保真度为$0.981(1)$。我们的工作为一个原子接一个原子地组装大型无缺陷的碱土原子阵列铺平了道路，在这种情况下，对时钟跃迁的反复询问是迫在眉睫的可能性。
2018-12-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
