原子极化率反映了原子体系对外场的响应程度。里德伯原子具有非常大的极化率, 使得里德伯原子在量子态的外场操控以及微波场强测量方面具有很大的应用前景。极化率的测量准确度将为外场的精密测量奠定理论基础。本文利用电磁诱导透明技术, 实现了铯50D里德伯态原子极化率的测量。实验中基于阶梯型电磁诱导透明光谱, 首先测量了铯原子50D态的AC-Stark效应, 并研究了原子能级光谱分裂间隔与场强的关系, 推算得到了张量极化率与标量极化率的实验测量值。其实验测量值与计算值进行对比, 两者基本吻合。里德伯态极化率的测量研究为电场对能级的调控以及对射频场电场强度的精密测量提供了保障。
里德伯原子 精细结构 电磁诱导透明 极化率 Rydberg atom fine structure electromagnetically induced transparency polarizability
山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
基于原子的时间/频率、 长度以及磁场、 微波电场等方面的量子精密测量近年来引起广泛关注。 里德堡原子作为微波精密测量工具, 具有可溯源性好、 空间分辨率高以及探测灵敏度高等优势。 通过室温铯里德堡原子的电磁诱导透明光谱特征分析实现了微波电场矢量空间高分辨测量。 利用铯原子蒸气池中共线的耦合光和探测光形成了6S1/2-6P3/2-51D5/2的阶梯型三能级系统, 5.365 GHz微波电场将诱导相邻里德堡态51D5/2-52P3/2的共振跃迁, 导致阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱发生Autler-Townes分裂。 通过计算光谱的分裂间隔可得到可溯源至普朗克常数的微波电场强度, 微波电场测量的空间分辨率达到1/31被测微波波长。 特别是提出一种新的微波电场极化方向测量方法, 解决了基于里德堡原子进行微波电场极化方向测量时无法分辨互补角的问题。 通过对射频识别标签的近场散射场进行矢量测量, 实现了标签角度的有效识别, 角度分辨率达到1.64°, 测量结果与有限元分析方法仿真结果吻合地很好。 该研究对于微波电场空间高分辨成像、 射频识别标签的设计和识别以及电磁兼容测试等方面具有重要价值。
里德堡原子 电磁诱导透明 矢量测量 射频识别标签 散射场 Rydberg atoms Electromagnetically induced transparency Vector field measurement Radio frequency identification tag Scattering field
1 山西大学激光光谱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
2 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
在室温铯原子蒸汽中制备42D态里德伯原子,并基于里德伯原子的电磁诱导透明光谱实现了工频电场的测量。实验中利用双光子激发方式制备了42D态里德伯原子,通过改变耦合光频率获得了阶梯型电磁诱导透明光谱。研究了里德伯原子在射频(RF)电场作用下的光谱频移和分裂与RF电场幅度和频率的关系。采用将工频电场幅度调制到RF电场的方式,实现了对工频电场强度和频率的测量。研究结果对工频电场的在线可溯源测量具有重要的参考价值和意义。
原子与分子物理学 里德伯原子 工频电场 电磁诱导透明光谱 AC-Stark效应 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1702002
1 山西大学激光光谱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
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
提出了一种基于时间分辨及傅里叶变换测量激光线宽的方法,其分辨率仅受限于傅里叶极限。在实验上通过时间分辨方法测量了半导体激光器和光纤激光器的线宽,并与射频频谱分析的方法进行比较。对两种激光器在不同积分时间内进行线宽测量,结果证明这种傅里叶极限线宽测量的方法相比于射频频谱分析的方法具有更小的测量误差,通过时间分辨方法获取频谱信息具有实时采集的优势。
激光器 线宽测量 时间分辨 傅里叶极限分辨率 激光与光电子学进展
2019, 56(8): 081402
山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
在相位编码量子密钥分发系统中, 单光子干涉可视度决定了系统的成码率。本文提出一种优化单光子干涉可视度的方法, 即利用遗传算法和四通道偏振控制器实时补偿单光子偏振漂移, 同时利用时分复用参考光连续无复位地补偿单光子相位漂移, 最终在25 km光纤中实时优化的单光子干涉可视度达到98.6%, 相位编码量子密钥分发系统成码率为2.2 kbit/s。
量子密钥分发 干涉可视度 单光子 优化 quantum key distribution interference visibility single photons optimization
山西大学激光光谱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
光热效应会引起π移相光纤布拉格光栅的频率起伏,故将入射激光衰减至单光子量级,以消除光热效应的影响。通过对入射单光子信号进行强度调制,使用锁相放大器直接解调光电转换的晶体管晶体管逻辑电平(TTL)信号,利用π移相光纤布拉格光栅对环境温度进行测量,温度测量精度达到0.14 ℃。
光纤光学 π移相光纤布拉格光栅 温度测量 单光子 光热效应 激光与光电子学进展
2016, 53(8): 080604
山西大学激光光谱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
在量子密钥分发系统中,由于长距离光纤信道传输引入的偏振漂移将导致密钥分发效率下降。给出了一种基于遗传算法结合数控偏振控制器实现在单光子量级下对单光子偏振的优化控制与长时间锁定的方法。在25 km 单模光纤传输每脉冲平均光子数小于0.1 的单光子相位编码量子密钥分发系统中,将信号光偏振优化到最佳值,并实现了系统长期稳定运行,密钥分发成码率高于1.5 kb/s。
量子光学 量子保密通信 偏振控制 遗传算法 单光子 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 072701