铯原子魔数波长光镊的构建及单原子俘获寿命改善

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中文摘要：单原子做为最基本的量子比特，对于研究光与物质相互作用基本原理具有独特的作用，可以为量子计算与量子通信，多量子节点网络的构建提供有力的工具。相比于其他的量子系统，中性原子具有容易操控，与外界电磁场相互作用小，可以保持较长的相干时间等优点。本文依据光与二能级原子相互作用基本理论，采用多能级模型计算了铯原子在光镊中的光频移，然后构建出魔数波长偶极力阱，由于魔数波长偶极力阱中原子俘获寿命很短，我们用谐振子模型分析了原子在光镊中的加热机制，然后增加了一套功率稳定反馈系统，通过降低光镊强度噪声，减少光镊对原子的参量加热，从而提高单原子的俘获寿命。本文工作主要包括以下几个部分： (1)介绍单色光与二能级原子相互作用基本理论，以及实验上单个原子的激光冷却和俘获、单原子阵列的构建。单原子与单原子阵列作为最基本的量子比特在量子计算、量子信息等方面的应用。 (2)介绍光镊导致的原子能级频移，利用多能级模型计算铯原子D2线6S1/2(F=4,mF=+4)→6P3/2(F’=5,mF=+5)超精细能级在不同波长不同偏振光镊下的光频移。确定基态与激发态差分光频移为零的波长(我们称之为魔数波长)，然后构建魔数波长光镊，并测量了单原子在魔数波长光镊中的光频移。单原子作为良好的单光子源，通过选择魔数波长使得上下能级差分光频移为零，可以有效压缩原子辐射光子的线宽，接近自然线宽，如此对于单光子源品质的提高具有很大的实际意义。 (3)针对光镊强度起伏对阱中原子的加热问题，增加一套功率稳定反馈系统。以声光频移器(AOM)作为主要调控元件，采样部分输出功率，作为反馈信号输入PID，PID的输出作为调制信号，反馈在AOM驱动电压上，可以稳定AOM一级衍射光的输出，同时降低部分频域噪声，以及时域噪声。 (4)降低光镊强度噪声可以有效延长光镊中原子的寿命。我们对比了在不同取样功率比例下时域上的功率稳定反馈效果，以及相同取样功率比例下频域上带宽的抑制效果。然后测量了对光镊加功率稳定反馈系统和不加情况下原子的俘获寿命，实验表明通过对光镊强度噪声的抑制可以将原子俘获寿命从200ms延长至1180ms。

作者：

王家超

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关键词：

铯原子魔数波长光镊声光频移器强度噪声俘获寿命

授予学位：

硕士

学科专业：

光学

导师：

王军民

学位年度：

2019

学位授予单位：

山西大学

语种：

中文

中图分类号：