[基础科学]延长单原子在光学磁偶极子远程共振陷阱中的捕获周期

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1、延长单原子在光学磁偶极子远程共振陷阱中的捕获周期何军，杨东宝,陈杰勇，张彩田,王明军量子光学与光量子器件国家重点实验室与山西大学光电子学院邮编030006E-mail:wwjjmm@sxu.edu.cn收到2011,2,12录用2011,3,2摘要:在我们的试验中一个大磁场梯度磁陷阱中的单一的铯原子(MOT)可以有效地转移到1064nm光学磁偶极子远程共振陷阱堡垒中。这个两个单原子在两个陷阱之间有效的转移被用来确定在堡垒中有效捕捉一单原子的周期和经典俘获的有效温度。通过把压强从1×10托降低到2×10托和应用周期为10ms的激光冷却阶段，经典的捕获周期从6.9s提高到了130s

2、。根据梁的强度噪声产热的要塞陷阱参数，我们也从理论上研究了俘获单原子周期的依赖关系。数值仿真结果表明该热量取决于堡的腰围和陷阱深度。捕获时间可以通过有效测量单一原子在堡垒中的温度和要塞的光束强度噪声光谱进行预测，这些实验结果与加热模型的预测结果一致。关键词:大磁场梯度磁陷阱光学磁偶极子远程共振陷阱单原子捕获周期释放和重新夺回方法(R&R)有效温度图片存档及通信系统编号37.10.De,37.10.Gh,37.10.Vz1引言在光场的梯度力作用下，磁偶极子[1-3]陷阱由于自身强大的恢复力和捕获周期可以捕获物体。特别需要指出的是,光学磁偶极子微小的远程共振陷阱光学陷阱(堡垒)[2

3、]的基础上能实现完全控制中性单原子的内部和外部的自由度，这为在单原子和单光子水平上研究光物质的相互作用提供了一个良好的环境，利用捕获的单原子，量子寄存器[4],触发式单光子源[5],光原子纠缠[6]已经被试验研究证实。在所有这些过程中,较长的捕获周期和单原子捕获的低温非常重要。陷阱的能量损失来自于碰撞过程和加热过程，碰撞过程中有气体碰撞,光协助碰撞和弹性碰撞[3、7、8]。对于一些甚至超真空环境中的单原子堡垒,损失由原子气体碰撞和环境热量所决定，因此,很明显,提高特高压可以用来减少损失加热的主要来源是陷阱中的光散射。一些小组试图通过远程去谐获得一个长俘获周期来降低系统的光散射速

4、率。如一个堡垒或者在类静电陷阱中[3]，除了光散射加热,由堡垒激光束的噪声技术[9]加热也是一个重要因素。沿着这个思路,一个超稳定的激光系统被用作俘获激光去形成一个低捕获频率来抑制系统[10]由于噪声强度产热。虽然噪声强度堡垒激光束是相同的对于具有高聚焦束的高频率捕获堡垒和具有高梁腰围的低捕获频率堡垒，由于噪声强度而产生热量的仍然相当不同在这两种情况下加热速率常数强烈的依赖其它堡垒参数。利用激光冷却、产热可以有效地消除[11]。捕捉周期可以被延长[5,12]。此外,应用冷却可能有助于改善被捕获原子量子相干性[13]。例如,由被捕获的原子大量的位移所引起的增加的相干时间和在不同的

5、原子量子位可以被降低[13-8]。此外,堡垒中被捕获的单原子荧光光谱的线宽比自然光线宽宽因为因为单原子相对较高的温度产生的多普勒效应(19),相反的这一观点可以用来获得单原子有效的温度,所以线宽可以缩小通过冷却单原子。在本文中,我们用雷射冷而不是类似的方法达到一个堡垒中被捕获的单原子的较长捕获周期和较低的有效温度。我们由理论上的参数研究了堡垒中被捕获原子的依赖性和给定性描述了我们的实验结果。[12]与周期性脉冲冷却相对的我们在初期阶段在获得由一个大磁场梯度磁陷阱中的单原子(MOT)后，通过激光镭射冷却阶段减少被捕获原子的能量的，然后将原子转移到堡垒中。此外,因为光协助碰撞和弹性

6、碰撞可以避免在单原子系统中,我们可以区分不同实验损失机制而且理论分析也大大地简化了。2实验装置图1原理图的实验装置。APD:雪崩二极管在光子计数的模式下工作;如果:852-nm干扰滤波器;调相光纤:偏振维持光纤。一个原理图的实验装置如图1，在我们的系统中,一个含有5克高纯度铯原子的玻璃安瓿瓶被密封在无氧铜管作为原子源(未显示),它能通过一个超高真空(特)机械阀门被释放到一个MOT区域。我们通过这个阀门控制铯原子在工作区域的数目。环境的压力,由一个组合构成离子泵和钛升华泵维持,用真空离子表测量。蒸汽后释放的铯原子源,通常典型的环境压强被维持在110托，只有当离子泵启动后才能在钛升

7、华泵的帮助下进一步达到210托。在我们的大磁场梯度磁陷阱MOT系统冷却/俘获镭射光束和两枚自制852纳米半导体外凹激光光栅ECDL提供二级雷射光束自准式布局。这两个双光束在水平面分割的利用玻璃在60◦细胞角度。这个冷却/俘获激光器的总功率是0.6mW，他们的1/e2直径约2毫米;频率展宽从（）冷却循环过渡是是自然线宽转变这个频率转换装置稳定使用无调偏振光谱锁定方案。这个功率是0.1mW的二级激光用高频调制光谱锁定方案被限制在超精细过渡,磁场是由一对带水冷却的亥姆霍兹线圈线圈产生的,目前提供的