磁光阱中单原子荧光信号的优化及单原子的高效装载

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．5(2014)053202磁光阱中单原子荧光信号的优化及单原子的高效装载冰王杰英刘贝刁文婷靳刚何军王军民十(量子光学与光量子器件国家重点实验室(山西大学)，山西大学光电研究所，太原030006)(2013年10月29曰收到；2013年l1月27日收到修改稿)实验中首先通过增大四极磁场梯度、提高背景真空度、缩小冷却俘获激光光束直径的方法获得了磁光阱中单原子的装载．其次，通过减小冷却光失谐量、适当增加其光强、同时使用偏振光谱锁频技术抑制冷却光噪声的方法得到了磁光阱中高信号背景比的单原子荧光信号．此外，通过实时反馈控制磁光阱四极磁场梯度的方法，在

2、实验中实现了单原子98％的装载概率．使用HamburgBrown—Twiss方案测量了磁光阱中的单原子在连续光激发下所辐射荧光的光子统计特性，得到二阶关联度夕(。)(丁=0)=0．09．关键词：单原子，磁光阱，信号背景比，高效装载PACS：32．80．Pj，37．10．Jk，42．50．一PDOI：10．7498／aps．63．053202方法．近年来有很多实验小组采用这种方法获得1引言了MOT中单原子的高效装载．1994年，Kimble小组在标准M0T基础上通过提高背景真空度、缩小近年来人们对空间局域化的单个中性原子乃冷却俘获激光束直径使MOT装载率显著降低的至单原子阵列的俘获与操控方面有着

3、浓厚的兴趣．方法，首次实现了少数原子乃至单原子在MOT中单原子激光操控技术也早已实现并取得了卓越的的冷却与俘获[1】．除了提高背景真空度，减小俘获成果[1-11】．相比热原子，基于激光冷却与俘获的冷却光光束直径外，加大MOT四极磁场梯度同样冷原子由于其运动速度慢，具有易于操控，较长的可以显著降低原子在阱中的装载率．1996年，Ert—相干时间等优点．这些优点使得磁光阱fmagneto—mer[2]小组和Mechede[3]小组分别采用加大四极磁opticaltrap，MOT)中俘获的单原子可为量子寄存场梯度的方法俘获到了少数甚至单个原子；1997器、原子光子纠缠、原子量子比特的相干操控、量子年

4、，Libbrecht小组【】也对大磁场梯度下MOT中计算与信息处理等实验研究提供有力的工具．许多单原子的稳定性进行了研究；2003年，美国国家标实验不仅依赖于对单原子的俘获与操控能力，还依准技术研究院通过反馈控制环路，在MOT中获得赖于单原子的荧光信号与装载率，因此获得MOT了近确定性的单原子，阱中单原子的概率可以达到中高信号背景比的单原子荧光信号及其高效装载98．7％_5J．2006年，韩国首尔大学通过对MOT磁场意义重大．的反馈控制，获得接近99％的单原子装载概率I6]．设计工作在特殊参数条件下的MOT，对其装上述实验为实现MOT中单个原子的高效装载提供载率进行有效控制进而实现少数甚至单原

5、子的冷了解决方案．却与俘获是一种比较常用的单原子冷却与俘获的在我们的实验过程中首先实现了标准的国家重大科学研究计划(批准号：2012CB921601)、国家自然科学基金(批准号11274213，61205215，61227902)、国家自然科学基金创新群体项目(批准号：61121064)、山西省回国留学人员科研经费(批准号2012—015)和山西省太原市科技明星专项(批准号：12024707)资助的课题．t通讯作者．E—mail：wwjjmm@sxu．edu．CO-@2014中国物理学会ChinesePhysicalSociety胁tp：／／wulixb．hy．ac．c礼053202—1物理学

6、报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．5(2014)053202MOT，然后通过提高背景真空度，缩小冷却俘获冷原子数目；另一路输入反馈控制装置上，根据计激光束直径，加大四极磁场梯度的方法获得了数大小设定相应的磁场电流，用来反馈控制四极磁MOT中单原子的装载[z-m】．在此基础上分析了影场梯度，从而通过近实时控制MOT装载率实现磁响单原子荧光信号的信号背景比的因素，主要是光阱中单个原子的高效装载．冷却光失谐量、光强及其强度起伏和频率起伏，基于上述分析，我们通过减小冷却光失谐量、适当增加其光强，采用优化的锁频方案使单原子台阶信号的信号背景比明显提高．同时通过对M0T四极磁场的实时反馈控制

7、，获得了单原子的高效装载．为了进一步验证MOT中俘获的单原子，我们使用HBT(HanburyBrown—Twiss1方案测得阱中单原子荧光的二阶关联度_q(2)(7-=0)=0．09．2实验装置图1单原子MOT实验装置示意图fMOTCoils磁光阱四极磁场线圈；IF(InterferenceFilter)为干涉滤波实验装置如图1所示．MOT位于尺寸为片；SPCM(Single—Photon—Cou