基於腔內冷原子系綜的單光子級光脈衝實驗操控研究

《基於腔內冷原子系綜的單光子級光脈衝實驗操控研究》是依託山西大學，由王彥華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於腔內冷原子系綜的單光子級光脈衝實驗操控研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王彥華
• 依託單位：山西大學

項目摘要

經典或量子信息網路節點要求能夠完成多通道、多頻點的光信息存儲和調製。電磁感應透明和腔量子電動力學是實現這種量子操控的有效手段。目前的研究表明單光子水平的相干光完全可以觸發原子系綜中的電磁感應透明。實驗上利用銫冷原子系綜和腔耦合併在耦合光作用下可產生多個可控的三能級系統電磁感應透明暗態視窗，在引入控制光後形成的四能級結構中還能獲得綴飾暗態。從而可建構一個在多頻點有強色散和非線性特性的可控系統用於光脈衝存儲和量子操控。本項目將主要研究： （1）寬頻透明視窗或多個窄線寬視窗及其綴飾暗態的非線性特性控制及光脈衝在其中傳輸的物理過程； （2）基於電磁感應透明視窗實施多個窄帶光脈衝同時存儲和寬頻脈衝的不失真存儲； （3）調製經典驅動場，完成多個窄帶光脈衝的同時相位調製和寬頻光脈衝多頻點相位調製、色散補償及脈衝整形； 整個項目的開展將為操控單光子脈衝的理論和實驗技術研究奠定基礎。

結題摘要

冷原子系綜和腔耦合後結合了腔量子電動力學和電磁感應透明兩種原子量子操控手段，光場介入性好，成為方便操控系統非線性效應的量子操控平台，實現光與原子間可控的信息存儲、傳輸、交換。本項目基於腔內多能級原子系綜實施對光脈衝的操控，通過多個雷射器耦合銫原子不同的躍遷能級，構建三能級或四能級系統。通過本項目的實施，我們完成了冷原子系統的改進和最佳化，實現了計算機自動控制實驗系統，並通過構建2D磁光阱增加冷原子的光學厚度以獲得同腔更強的耦合。針對項目中最關鍵的問題，我們從動態特性入手，一方面解決光源穩定性和噪聲問題,構建了一套高效、高解析度測量雷射頻率變化的實驗系統，通過研究雷射器被調製後的輸出頻率變化，可獲得在實驗室環境中ECDL雷射器及其穩頻系統的動態回響。結合FFT分析，通過對其穩頻系統動態分析和針對性的設計以及光柵和電流兩路閉環校正，增加了閉環頻寬，使得相對於原子躍遷線鎖定連續工作時間更長。在此基礎上，通過引入機械衝擊來分析雷射器在特定環境的回響特徵，據此可針對性地設計和最佳化系統閉環反饋參數使雷射器能套用在較為惡劣的環境中。利用偏振光譜，還可以測量原子躍遷中心頻率附近小範圍內雷射頻率的起伏。通過直接測量不同頻率聲致振動激勵下雷射器的回響特性，可對比研究雷射器隔音機殼的隔音效果。實驗表明，對於不同頻率的聲音激勵，隔音後雷射器的聲音回響存在91倍的差異。這可為機械結構和隔音系統的設計提供實驗依據，並有望成為聲音精密測量的基礎。另一方面主要關注原子相干光譜的動態特性。首先，搭建了有原子氣室的諧振腔，當腔與原子和光場共振時原子發生Rabi分裂。我們利用垂直方向的泵浦光控制腔與原子系統耦合的過程，Rabi分裂峰的頻率間隔和強度可隨泵浦光的增強而增大。實驗室上，利用開關信號控制AOM的開關來實現泵浦光的開關，作用到腔和原子耦合系統後，完成了腔透射信號的動態特性。