用于铯原子内态操控的双光子拉曼激光的产生及应用.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 64, No. 18 (2015) 184209 用于铯原子内态操控的双光子拉曼激光的 产生及应用 王志辉 田亚莉 李刚 张天才 (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, 太原 030006) ( 2015 年3 月26 日收到; 2015 年5 月5 日收到修改稿) 双光子拉曼过程是一种有效制备和控制原子内态的方法, 在原子内态操控和基于原子的量子信息处理 中具有重要意义. 研制用于特定原子的拉曼激光是实现该过程的重要一步. 报道了利用光纤波导相位调制 器及滤波器等实现用于铯原子内态操控的拉曼激光的方法, 并成功用于单个铯原子的内态精密操控. 通过 4.6 GHz 的微波信号源直接驱动波导相位调制器高效地获得光场的调制边带, 并利用自由光谱区为9.19 GHz 的法布里-珀罗腔将载波及二阶边带滤掉, 获得了频率精确、相差9.19 GHz 的拉曼激光. 经过基于光纤振幅调 制器的功率稳定系统, 最终可以获得总功率为73 W、长时间内波动为2.2% 的拉曼激光束, 并将此光束用于 激发单个铯原子, 实现了S ⟩ 和S ⟩ 之间的可控拉比操作. 关键词: 双光子拉曼过程, 拉曼激光, 光纤波导相位调制器, 干涉滤波器 PACS: 42.55.Px, 42.55.Ye, 42.60.By DOI: 10.7498/aps.64.184209 宽度可以实现原子内态操控, 是目前原子内态操 3 1 引 言 控的基本方法. 2006 年, Saffman 小组 利用双光 子拉曼过程对偶极阱中俘获的单个 Rb 实现了频 激光冷却和俘获的中性原子系统背景干净、能 率为1.36 MHz 的拉比振荡. 2007 年, Grangier 小 4 级结构简单、寿命较长, 相比于其他的系统更有利 组 也对亚微米尺度光学阱中单个 Rb 实现了频 于其保持内态的相干性, 并可利用与外界光场和磁 率为6.7 MHz 的拉比振荡, 并用自旋回波技术获 场的相互作用, 实现原子内态的操控和测量15 . 得了34 ms 的退相干时间. 虽然Meschede 小组12 因此, 中性原子系统可以用作量子信息的存储和 早在2003 年就利用微波驱动超精细态跃迁实现了 处理单元, 光场则用于量子信息中快速高效的读 操控基态原子, 但是微波场的空间覆盖面太大, 单 6,7 独无法实现扩展的量子系统的寻址; 另一方面, 由 取和传递 . 随着冷原子技术的发展, 中性原子 的相干操控和退相干机理的研究成为演示原子的 于原子的磁跃迁强度相对较小, 实现快速的量子操 分子量子调控的重要平台, 是目前实验研究的一 控具有一定难度. 拉曼激光则能够方便地通过空间 个热点15 . 在众多原子内态操控方案中1589 , 模式的变换实现扩展量子系统的寻址, 并且通过提 双光子拉曼过程