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
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6S1/2-6P3/2-6D5/2（852 nm+917 nm）阶梯型能级结构，以波长为852 nm圆偏振光作为泵浦光，将原子由基态6S1/2布居到中间激发态6P3/2，并将原子介质极化。波长为917 nm线偏振光作为信号光通过极化的原子介质后，其偏振面发生了旋转，从而实现了工作波长为917 nm非线性光学滤波器。实验上详细测量、分析了泵浦光功率、原子气室温度，以及泵浦光与信号光同、反向实验构型对该非线性光学滤波器性能的影响，在优化的实验参数下，该滤波器的峰值透射率可达20%，等效噪声带宽<60 MHz。超窄带宽的光学滤波器在原子钟、自由空间光通信、激光遥感系统等领域具有潜在的应用价值。
滤光器 非线性光学效应 激发态 遥感
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
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
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西大学光电研究所, 太原 030006
2 省部共建极端光学协同创新中心, 教育部-山西省, 山西大学, 太原 030006
结合光纤激光器、光纤放大器和非线性光学高效频率转换技术及准位相匹配材料, 服务于原子物理领域铯原子单光子跃迁里德堡激发的实际需求, 研究并掌握了产生3186 nm波长连续单频紫外激光的关键技术。采用1 5605 nm与1 0769 nm连续激光先通过单次穿过PPLN非线性晶体和频, 再经腔增强谐振倍频过程高效地产生了输出功率大于2 W的3186 nm紫外激光, 半小时内, 光功率的方均根起伏优于087%。采用电子学边带锁频方案, 实现了整个紫外激光系统在保持相对于高精细度超稳腔锁定条件下较大范围连续调谐, 其连续调谐范围大于4 GHz, 残余频率起伏约16 kHz。采用本文研制的高功率窄线宽可调谐3186 nm紫外激光系统, 在铯热原子气室中实现了6S1/2 →nP3/2(n=70~100)的单光子跃迁里德堡激发, 并对相关现象作了相关的理论分析与研究。采用纯光学探测方案观察到了3186 nm紫外激光对磁光阱中铯冷原子系综的单光子跃迁里德堡激发。
紫外激光 铯里德堡原子 激光频率转换 非线性光学效应 激光技术 ultraviolet laser cesium Rydberg atoms laser frequency conversion nonlinear optical effects laser technology
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics and Electronic Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices and Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
An experimental investigation of two-color polarization spectroscopy (TCPS) is presented based on the cesium 6S1/2 – 6P3/2 – 8S1/2 (852.3 nm + 794.6 nm) ladder-type system in a room-temperature vapor cell. The dependency of line shapes of TCPS on the power of a 852.3 nm pump and a 794.6 nm probe laser is measured in detail, and we confirm that the linewidth of TCPS in a counter-propagating configuration between the pump and probe laser beams is obviously narrower than that of a co-propagating configuration, due to the atomic coherence effect. It is helpful for laser stabilization of the excited state transition using TCPS without frequency modulation.
300.6210 Spectroscopy, atomic 020.1670 Coherent optical effects 020.3690 Line shapes and shifts 300.3700 Linewidth Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 093001
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
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices (Shanxi University), and Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 College of Physics and Electronic Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
We demonstrate a magneto-optical trap (MOT) with counter-propagating two-color cooling beams in a cesium 6S1/2 6P3/2 8S1/2 (852.3+794.6 nm) atomic system. Based on the conventional MOT due entirely to the 852.3 nm cooling laser’s scattering forces, we replace one of the six 852.3 nm cooling beams with a 794.6 nm cooling beam. Our two-color MOT can efficiently cool and trap atoms from the red to blue detuning sides of two-photon resonance without pre-cooling. The technique is promising for the direct generation of correlated photon pairs in a two-color MOT based on diamond-configuration four-wave mixing.
020.3320 Laser cooling 020.1670 Coherent optical effects 270.4180 Multiphoton processes 270.1670 Coherent optical effects Chinese Optics Letters
2016, 14(4): 040201
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
外腔谐振倍频是获得397.5 nm 紫外激光的重要方法。搭建了基于周期极化的磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体的半整体谐振腔，对经半导体锥型放大器放大的795 nm 单频连续激光进行谐振倍频。在203 mW 的795 nm 基频光输入条件下，实现了60.4 mW 的397.5 nm 连续单频紫外激光输出，倍频转化效率为30%；在基频光功率约87.5 mW 时，得到最大的倍频效率约为34.6%。倍频紫外光光束质量因子M2优于1.21，光束质量良好，30 min内典型的倍频光功率均方根起伏小于1.9%。该倍频器结构紧凑，具有很好的机械稳定性，可实现紫外激光的稳定输出，可用于产生对应铷原子跃迁线的压缩、纠缠态光场，在量子光学和精密测量等领域发挥重要作用。
激光光学 倍频 半整体谐振腔 PPKTP晶体 半导体锥型放大器 铷原子
