利用腔内四能级原子相干效应实现全光学信号存储

在光学腔与四能级原子组成的非线性光学双稳系统中,利用调谐于不同能级附近的控制信号光脉冲可以使光学腔模产生“正”或“负”的非线性相移,从而实现了光学双稳迟滞曲线的受控移动及双稳“高态”与“低态”之间的可控跃变.基于上述效应,完成了光学信号的全光存储与腔输出状态的低功率控制开关.这一结果为全光及量子信息处理提供了新的可供利用的物理机制.     

四能级原子量子相干过程中瞬态光学特性

利用半经典理论研究了N-型四能级相干原子的瞬态光学特性。理论分析表明：当信号光开启的瞬间，介质对探针光的非线性吸收从接近于零的状态迅速增加，经过驰豫振荡过程，趋于稳定状态。本文的研究结果将为吸收型光子开关的设计提供理论依据和参考。     

四能级原子与双模腔场相互作用中的非线性效应

本文研究了一串级型四能级原子与双模腔场的相互作用,其中位于下方的模2腔场初始时刻不存在。计算表明,在一定的条件下,模2腔场的动力学行为中存在着长时间的深压缩现象或场复振幅算符两个正交分量的交替压缩现象,存在着强烈的反聚束效应以及强烈的超聚束效应,而且压缩与超聚束效应之间有一定的对应关系,非经典的压缩态和反聚束效应能够同时出现。模2腔场的这些非线性效应与复杂的叠加态有关。 关键词：     

级联型四能级原子相干介质中的光学双稳态和多稳态

主要研究了在一单向环形腔内的级联型四能级原子被三个光场驱动的光学双稳态和多稳态行为. 三个单模光场通过三个光子跃迁路径与原子系统耦合. 在这种情况下,中间两能级间所加的耦合场Ω_B变得非常重要. 研究显示耦合场Ω_B的增加会使光学双稳态的阈值减小,同时也会导致光学多稳态的产生.对上面两能级间所加的耦合场的作用也进行了讨论,同时还讨论了探测场失谐和合作参数对光学双稳态及多稳态的影响. 关键词： 原子相干 光学双稳态和多稳态 四能级原子     

四能级系统中的原子相干效应

讨论了N型四能级原子系统中的原子相干效应，与三能级原子系统相比，其原子相干效应既可导致电磁感应透明(EIT，Electromagnetically Induced Transparency)的产生，也可产生电磁感应吸收(EIA，Electromagnetically Induced Absorption)现象，取决于控制光的强度和第四个能级的衰变率的大小。     

四能级原子介质中Goos-Hnchen位移的相干控制

通过外加驱动光场的调控改变腔中四能级原子介质的色散-吸收关系,从而来调控反射光和透射光的Goos-Hanchen位移.研究表明介质可同时对探测光场进行放大和吸收,在介质对探测光的吸收和放大相互抵消(即介质呈现透明特性)的区域附近,对Goos-Hanchen位移的控制比强吸收或强放大特性下要灵敏,可以实现位移的突变和增强.     

四能级原子介质中Goos-Hänchen位移的相干控制

通过外加驱动光场的调控改变腔中四能级原子介质的色散-吸收关系, 从而来调控反射光和透射光的Goos-Hänchen位移. 研究表明介质可同时对探测光场进行放大和吸收,在介质对探测光的吸收和放大相互抵消 (即介质呈现透明特性)的区域附近,对Goos-Hänchen位移的控制比强吸收或强放大特性下要灵敏, 可以实现位移的突变和增强.     

Y模型四能级原子辅助光力学系统的多稳现象

本文对Y模型四能级原子辅助光力学系统的稳态特性进行了研究.结果发现,构成复合光力学系统的振动腔镜和被束缚在腔内的原子系综将随着弹簧劲度系数的减小,由单稳态过渡到多稳态.在劲度系数很大时,振动腔镜对整个光力学系统几乎无作用,光力学系统和处在腔中的原子系综都将出现一个稳态解.而当劲度系数足够小时,振动腔镜的稳态位移出现了多稳现象,随之对处于光力学腔中的原子系综的稳态行为也产生了影响,不但使得原子系综的极化率呈现出多个稳态解,同时使得腔中的原子系综对探测光的吸收和色散也发生了相应的变化.同时发现,通过调节劲度系数的取值可以控制整个系统稳态解的个数.这些研究结果在精密测量或量子信息处理等方面具有潜在应用价值.     

High-performance coherent population trapping clock based on laser-cooled atoms

We present a coherent population trapping clock system based on laser-cooled $^{87}$Rb atoms. The clock consists of a frequency-stabilized CPT interrogation laser and a cooling laser as well as a compact magneto-optical trap, a high-performance microwave synthesizer, and a signal detection system. The resonance signal in the continuous wave regime exhibits an absorption contrast of $sim 50$%. In the Ramsey interrogation method, the linewidth of the central fringe is 31.25 Hz. The system achieves fractional frequency stability of ${2.4times }{{10}}^{{-11}}/sqrt tau $, which goes down to ${1.8times }{{10}}^{{-13}}$ at 20000 s. The results validate that cold atom interrogation can improve the long-term frequency stability of coherent population trapping clocks and holds the potential for developing compact/miniature cold atoms clocks.     

Review of chip-scale atomic clocks based on coherent population trapping

Research on chip-scale atomic clocks （CSACs） based on coherent population trapping （CPT） is reviewed. The back- ground and the inspiration for the research are described, including the important schemes proposed to improve the CPT signal quality, the selection of atoms and buffer gases, and the development of micro-cell fabrication. With regard to the re- liability, stability, and service life of the CSACs, the research regarding the sensitivity of the CPT resonance to temperature and laser power changes is also reviewed, as well as the CPT resonance＇s collision and light of frequency shifts. The first generation CSACs have already been developed but its characters are still far from our expectations. Our conclusion is that miniaturization and power reduction are the most important aspects calling for further research.     

High contrast atomic magnetometer based on coherent population trapping

We present an experimental and theoretical investigation of the coherent population trapping （CPT） resonance excited on the D1 line of 87Rb atoms by bichromatic linearly polarized laser light. The experimental results show that a lin｜｜lin tran- sition scheme is a promising alternative to the conventional circular-circular transition scheme for an atomic magnetometer. Compared with the circular light transition scheme, linear light accounts for high-contrast transmission resonances, which makes this excitation scheme promising for high-sensitivity magnetometers. We also use linear light and circular light to detect changes of a standard magnetic field, separately.     

Image transfer through coherent population trapping based on an atomic ensemble

We report on an experiment on transferring an image through coherent population trapping(CPT) effect in a hot rubidium vapor. We demonstrate experimentally that an image can be transferred from a control light to a probe light.Moreover, we describe the demonstration that the image can be transferred from a control light to two different probes showing a feasibility of transferring an image onto multiple probes. We believe that this effect definitely has important applications in image metrology, high dimensional information transfer in quantum information field, etc.     

基于相干粒子数囚禁的电磁诱导光栅研究

基于相干布居囚禁,提出了一种新的电磁诱导光栅物理模型, 得到了该模型下介质极化率的解析表达式. 由于相干布居囚禁引入的原子相干性, 介质极化率会形成增益、无吸收高折射率点以及暗态三个区域. 根据该理论模型, 基于⁸⁷Rb的原子能级, 提出了一种新型衍射光栅实现方案, 并进行了分析与计算. 结果表明, 在无吸收高折射率点处, 这种光栅是一种纯相位光栅, 一级衍射强度可达到0.4; 在增益区域中, 发现这种光栅是相位光栅和幅度光栅组合而成的混合型光栅, 在其最大增益点, 一级衍射效率最大可达1.26, 二级衍射效率也可增加到0.31. 关键词： 相干粒子数囚禁 电磁诱导光栅 衍射效率     

相干布居数拍频信号与基态超精细子能级相干性关系的研究

相干布居数拍频(coherent population beating, CPB)现象, 产生于一个Λ型三能级原子系统中, 当双色相干激光场的频率差和两基态能级频率间隔近失谐的时候, 原子在激发态能级上的布居数会产生一个弛豫振荡, 且振荡频率等于失谐量. 当将此现象运用于原子标准频率的提取时, CPB频标的稳定度与CPB信号的幅度及信噪比直接相关. 本文理论推导了描述CPB 现象的表达式, 数值模拟并实验研究了⁸⁷Rb基态超精细子能级的相干性对CPB信号的影响, 通过控制与基态子能级共振相干激光场的抽运时间来控制能级的相干程度, 观测不同相干程度对CPB信号质量的影响. 研究结果表明CPB信号振荡的幅度与基态子能级相干程度成正比关系. 要改善CPB信号信噪比、提高原子频标稳定度, 建立、提高和保持基态超精细能级的相干性是关键. 本文还讨论了CPB现象用于弱磁场测量及其他方面应用的可行性.     

平行线偏光激发CPT共振方案实验研究

目前的相干布居囚禁(CPT)原子钟和CPT磁场计中普遍采用圆偏振光方案 (σ⁺-σ⁺)实现CPT共振, 该方案对原子的利用率较低. 为了提高原子的利用率, 本文实验研究了通过平行线偏振相干双色光与⁸⁷Rb原子作用实现CPT共振的方案(lin//lin). 与σ⁺-σ⁺方案相比较, lin//lin方案消除了极化暗态, 获得更多工作原子. 在相同的实验条件下, 开展对比实验研究获得了信噪比为σ⁺-σ⁺方案2倍, 微分线型信号的中心斜率为σ⁺-σ⁺方案1.65倍的CPT共振信号. 研究结果表明该方案是实现低功耗原子钟、磁场计等设备的理想候选.     

V型原子系统中相干布居俘获的相干相位调制研究

在延迟脉冲激光场作用下的V型原子系统中，实现了对相干布居俘获，电磁感应透明的相干相位调制，选择适当的能级其调制频率可以达到飞秒量级.利用数值和解析分析得到了延迟脉冲和叠加态粒子数布居的关系，以及粒子布居受光场相位调制的特点和变化规律.利用这种机理可以实现飞秒量级的量子开关作用. 关键词： 相干相位调制 相干布居俘获 电磁感应透明 量子开关     

Experiments on trapping ytterbium atoms in optical lattices

Experiments on trapping ytterbium atoms in various optical lattices are presented. After the two-stage cooling, first in a blue magneto-optical trap and then in a green magneto-optical trap, the ultracold 171 Yb atoms are successfully loaded into one-, two-, and three-dimensional optical lattices operating at the Stark-free wavelength, respectively. The temperature, number, and lifetime of cold 171 Yb atoms in one-dimensional lattice are measured. After optimization, the one-dimensional lattice with cold 171Yb atoms is used for developing an ytterbium optical clock.