1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室，光电研究所，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
基于铯原子6S1/2-6P3/2跃迁线，在商用型空心阴极灯中，实现了工作波长为852 nm的法拉第反常色散原子滤光器（FADOF）：当铯空心阴极灯工作电流在 1~4 mA范围内时，可获得单峰、共振的线芯式FADOF；当铯空心阴极灯工作电流在 6~10 mA范围内时，可获得线翼式FADOF。实验上系统测量了工作电流、轴向磁场强度、信号光功率对FADOF性能的影响，优化参数下该滤光器的透射率高达77%。
光学器件 滤光器 磁致旋光 遥感 空心阴极灯
1 山西医科大学第一医院核医学科, 分子影像精准诊疗协同创新中心山西 太原 030001
2 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室, 激光光谱研究所山西 太原 030006
生命科学的发展一直伴随着显微技术的创新。基于超快光学的单分子相干调制显微成像技术在量子力学的理论基础上, 通过结合超快光学和显微技术使观测生物的微观量子现象成为可能。这篇综述首先介绍了该技术利用飞秒激光脉冲对实现了单分子量子相干态的操控, 并通过调制解调技术获得单分子周围相干信息的基本原理。然后分别介绍了其在生物方面的两个应用: (1)通过降低生物自荧光和背景噪声,实现了生物成像对比度两个数量级的提高; (2)通过提取相干可视度V获得了单分子周围微观的量子信息, 为生物体微环境的观察提供了有效手段。最后文章对基于单分子相干调制显微成像在癌症研究方面做了展望, 该方法将为癌症的早期诊断和预后评估提供新的途径。
显微成像 单分子相干调制 超快光学 成像对比度 相干可视化 癌症检测 microscopy single-molecule coherent modulation ultrafast optics imaging contrast coherent visualization early cancer diagnosis
山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
实验研究了铯蒸气中受激简并四波混频(DFWM)产生的一对共轭光束的增益谱。结果表明,在简并二能级跃迁系统中,只有当基态的角动量大于或等于激发态的角动量时,才能发生基于受激DFWM的光放大效应。在考虑原子的所有塞曼子能态后,定性理论分析表明,该过程是在稳定的基态塞曼相干且初始塞曼子能级上有大量原子布居的前提下,基于多个N型跃迁环路实现的。并进一步分析了泵浦功率、原子数密度和单光子失谐等实验参量对DFWM信号增益的影响。此外,研究发现,额外引入一束波长为852 nm的抽运光,可显著提高DFWM的放大效率。
量子光学 光放大 简并四波混频 电磁诱导透明 基态相干 抽运光 光学学报
2021, 41(18): 1827001
山西大学 物理电子工程学院,山西 太原 030006
本文基于原子-腔复合系统,通过对单次穿过内腔原子的耦合场的调控,实现了在原子共振中心附近,腔透射峰由单暗态向双暗态的转换,即当行波耦合场被驻波代替时,在原子共振中心,单暗态极子峰消失,同时在共振中心两侧会对称出现双暗态极子峰。理论上,结合内腔原子的吸收特性及热原子表现出的多普勒效应,得出速度不为0的原子是导致产生双暗态峰的主要诱因。实验上,通过额外引入一束反向传输的相干泵浦光,使双暗态信号放大8倍左右,有效地提高了隔离比。在此基础上,利用方波脉冲对反向耦合场的调制,实现在单一空间通道上3个不同频率信道(Δp=0,±δ)的高效光控全光开关,该结论可应用于光学二极管及量子逻辑门运算。
全光开关 单暗态 双暗态 多普勒频移 电磁诱导透明 all optical switching single-dark state double-dark state Doppler shift electromagnetically induced transparency
1 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
2 山西医科大学基础医学院, 山西 太原 030001
基于铯原子( 133Cs)6S1/2-6P3/2-6D5/2阶梯型原子系统,将波长为852.335 nm或852.356 nm的泵浦光与波长为917.483 nm的探测光反向布局于室温下的铯原子气室中,获得了窄线宽、高信噪比的6P3/2-6D5/2超精细能级跃迁的双共振吸收光谱。利用声光调制器建立的“标尺”,可测得激发态6D5/2超精细能级分裂结构的全部频率间隔,进而得到该态的磁偶极超精细常数Ahfs为(-4.59±0.06) MHz,电四极超精细常数Bhfs为(-0.78±0.66) MHz,这与相关文献报道的结果一致。
原子与分子物理学 超精细能级分裂 双共振吸收光谱 量子相干 窄线宽 激光与光电子学进展
2020, 57(3): 030202
理论分析了利用马赫-曾德干涉仪及平衡零拍探测技术测量相干介质色散特性的方法, 实验测量了三能级铯原子分别在电磁诱导透明和电磁诱导吸收两种截然相反的相干效应下的色散特性.研究表明: 在原子频率共振中心, 对于透明介质, 由于吸收减弱效应, 信号光能穿出介质, 保证了有效色散信息, 即正常色散特性能被测量到; 相反地, 对于吸收介质, 由于强吸收效应, 只有在低粒子数密度条件下, 即保证有信号光没有被完全吸收而穿出介质, 才能测量到介质的反常色散特性; 当提高铯泡温度时, 介质对信号光吸收增强以至完全吸收,并且吸收频谱宽度变宽, 导致色散信息不能被有效测量到.
电磁诱导透明 电磁诱导吸收 马赫-曾德干涉仪 相移 反常色散 Electromagnetically induced transparency Electromagnetically induced absorption Mach-Zehnder interferometer Phase shift Anomalous dispersion
山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
理论和实验研究了基于简并二能级原子系统的电磁诱导增益(EIG)效应, 构建了一个N型简并二能级系统, 分析了在不同多普勒频移下信号光增益随抽运光拉比频率的变化规律。结果表明：在增大区间, 增益谱一直保持线宽极窄的单峰结构；而在减小区间, 增益谱产生类拉比分裂, 并且呈现出对称的双峰结构。选择Cs原子基态和激发态角动量相同条件下的简并能级结构, 实验研究了EIG的产生特点, 并进一步分析了抽运光强度及信号光偏振对增益峰值效率的影响。
原子与分子物理学 电磁诱导透明 电磁诱导增益 拉比频率 简并二能级系统 多普勒频移
Author Affiliations
Abstract
College of Physics and Electronics Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
The cavity transmission spectrum is experimentally investigated in Λ-type three-level atoms coupled to a standing-wave cavity system. It is shown that the dark-state polariton peak is not generated at resonance but rather at off-resonance. The theoretical analysis reveals that the absence of an on-resonance dark-state polariton peak is mainly caused by the strong absorption of the intracavity medium to the probe cavity mode counterpropagating with the coupling field due to the Doppler shift in the hot atoms. Moreover, the optimal frequency position of the cavity mode for an efficient dark-state polariton peak is also demonstrated.
140.4780 Optical resonators 020.1670 Coherent optical effects 270.0270 Quantum optics Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 081401
山西大学 物理电子工程学院,山西 太原 030006
本文实验研究了基于原子-腔耦合系统下的内腔四波混频效应。当一束驻波耦合场作用于该复合系统时,实验发现在原子共振频率中心,产生的反射波混频信号无法在腔内形成共振,而当耦合光频率偏离原子共振频率中心时,反射信号能在腔内共振,从而产生线宽压窄的共振输出;进一步实验研究了不同耦合光频率失谐下,腔模失谐对内腔四波混频效率的影响。理论上,基于内腔介质在驻波耦合场驱动下的吸收特性及耦合光泵浦引起的强吸收效应对实验现象进行了定性的分析。
电磁诱导透明 四波混频 光学环形腔 多普勒频移效应 electromagnetically induced transparency four wave mixing optical ring cavity Doppler shift effect
1 山西大学物理电子工程学院,山西 太原 030006
2 山西大学光电研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
本文主要研究光泵浦效应对电磁诱导透明介质极化特性的影响。理论分析了耦合场分别与探针场同向和反向传播时,介质对探针场的色散和吸收特性。同时理论分析表明,相对二能级原子来说,由于耦合光的泵浦作用,在多普勒吸收基础上,原子对探针光的吸收增强,并且这种泵浦作用与耦合场传播方向无关。实验上验证了上述理论研究中原子介质对探针场的吸收特性。进一步地,实验研究了耦合光功率、频率失谐及粒子数密度等参量对泵浦率的影响,特别是对吸收宽度和深度的影响。
电磁诱导透明 光泵浦效应 多普勒频移 频率失谐 electromagnetically induced transparency optical pumping effect Doppler shift frequency detuning
