上海光機所提出一種簡單、可靠和通用的生成冷原子的方法
近日，中國科學院上海光學精密機械研究所航天激光工程部劉亮研究員團隊展示了原子的一維漫反射激光冷卻，相關結果以“Quasi-one-dimensional diffuse laser cooling of atoms”為題發(fā)表在Physical Review A 上。 8~|PZ,oZ
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激光冷卻中性原子自1975年提出以來得到了迅速的發(fā)展，目前冷原子在國際上許多實驗室中被廣泛應用于基礎物理、現(xiàn)代計量、量子傳感、精密測量、空間技術等領域。激光冷卻原子的典型結構包括磁光阱和光學粘膠。這兩種方法都需要對三對相向傳播激光束的傳播方向、偏振和功率進行嚴格的校準，磁光阱還需要一對反亥姆霍茲線圈來捕獲冷原子。然而，基于它們的冷卻原理，磁光阱和光學粘膠中冷原子的數(shù)目和尺寸都是有限的，冷原子數(shù)通常約為109，體積大約1cm3。 < tg>1,C
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王育竹院士于1979年提出了第三種方法——漫反射激光冷卻，近年來在原子鐘上獲得了成功的應用，引起了人們廣泛的關注。這種原子鐘利用漫反射激光冷卻的原子在球形或圓柱形微波腔內作為時鐘介質。漫反射激光冷卻不需要對準任何激光束，從而使激光冷卻簡單和可靠。它在微波腔中的成功應用表明，該方法可以推廣到許多其他形狀的冷原子團。 w#,C{6
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研究團隊用一個長105 cm，直徑2cm的真空玻璃管來產生冷原子，如圖1的上半部分所示。圖1的下半部分展示了在軸向上均勻分布的87Rb冷原子樣品，其光學厚度大于4，溫度約為25μK。首次在實驗中實現(xiàn)了米長度尺寸的冷原子系綜。與磁光阱和光學粘膠相比，這是一個極大的增長。令人值得注意的是，它的長度可以延伸到千米量級甚至更長，而且它還可以產生二維冷原子。漫反射激光冷卻的真空氣室原則上可以為任何形狀、任何大小，而這種特性只有在漫反射激光冷卻中才能實現(xiàn)。 DP9hvu /85
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圖1.實驗真空系統(tǒng)和軸向歸一化冷原子密度分布 ""ICdZ_A
漫反射激光冷卻為冷原子的更廣泛應用打開了大門。例如，可以構建一個基于冷原子的大面積量子探測器，它可以在大范圍內同時感知信號，這將大大提高檢測的時間和空間分辨率。漫反射激光冷卻在未來的量子傳感中具有巨大的潛力，這項工作是激光冷卻中性原子的一個重要里程碑。 o3l _&?^
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原文鏈接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.105.033110
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