用于产生原子自旋取向的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种在原子系综中产生原子自旋取向的方法。所述方法包含将稳恒磁场(5)提供到所述原子系综以在所述原子系综的原子能级的基态的第一流形和第二流形内引起塞曼分裂。所述方法包含用电磁光辐射束泵浦所述原子系综，所述束由于涉及所述第一流形的跃迁而失谐，使得所述原子系综中的所述第一流形的原子布居的大部分从所述第一流形转移到所述第二流形的磁塞曼次能级中。还公开了一种用于在原子系综中产生原子自旋取向的系统。原子系综中产生原子自旋取向的系统。原子系综中产生原子自旋取向的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生原子自旋取向的方法和系统


[0001]本专利技术涉及用于产生原子自旋取向的方法和系统。

技术介绍

[0002]自旋偏振的产生是从固态样品[1]到冷原子系综[2、3]的各种各样的系统的研究和应用中的重要步骤。在原子物理学领域中，标准方法(光泵浦)依赖于角动量从偏振光到原子系统的转移[4]。虽然典型方案涉及原子样品与沿着静态磁场传播的圆偏振激光束的相互作用，但已证实其它配置，包含不同偏振[5
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7]和激光数目[8]。光泵浦还涵盖经由自旋交换碰撞(spin
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exchange collision；SEC)实现的光学角动量到目标原子的转移[9、10]。另一类别的自旋偏振过程将光泵浦与非线性自旋动力学组合[11、12]。一种特定实现方案，即所谓的配向到取向转换，涉及相互正交的磁场和电场中布居不均衡的演变[13
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15]。以此方式，其中自旋沿着优选轴线而非优选方向配向的张量偏振(配向)可变换成其中自旋在一个方向上偏置的向量偏振(取向)[16]。

技术实现思路

[0003]本专利技术的各方面试图提供一种用于产生原子自旋取向的改进方法和系统。
[0004]根据本专利技术的方面，提供一种在原子系综中产生原子自旋取向的方法，其包含：
[0005]将稳恒磁场提供到原子系综以在原子系综的原子能级的基态的第一流形和第二流形内引起塞曼(Zeeman)分裂；
[0006]用电磁光辐射束泵浦原子系综，束由于涉及第一流形的跃迁而失谐，使得原子系综中的第一流形的原子布居的大部分从第一流形转移到第二流形的磁塞曼次能级中。
[0007]在一些实施例中，束由于涉及第一流形的跃迁而失谐，使得原子系综中的第一流形的原子布居的大部分从第一流形转移到具有最大或最小磁量子数的第二流形的磁塞曼次能级中。
[0008]在一些实施例中，束的光辐射功率超过阈值功率，以在第二流形的塞曼次能级的原子布居的分布中引起不对称性，以便产生原子自旋取向。
[0009]在一些实施例中，阈值功率为对原子系综的磁光旋转信号的光辐射束功率的相依性变得非线性的功率。所属领域的技术人员应了解，在束已传递通过原子系综之后，优选地在系综经受振荡磁场时，可从束的检测获得磁光旋转信号。信号可与束偏振的振荡的幅度相关。所属领域的技术人员应了解，磁光信号源于由经受稳恒磁场的原子系综中塞曼次能级之间的振荡磁场产生的耦合。
[0010]在一些实施例中，阈值功率为2mW。
[0011]在一些实施例中，稳恒磁场被配置成在原子系综中产生不超过30kHz的拉莫尔(Larmor)频率。
[0012]在一些实施例中，稳恒磁场被配置成在原子系综中产生不超过20kHz的拉莫尔频率。
[0013]在一些实施例中，束的频率为使来自第二流形的磁光旋转信号最大化的频率。
[0014]在一些实施例中，束由于涉及第一流形的跃迁而负失谐。
[0015]在一些实施例中，束具有线性偏振。在其它实施例中，束具有圆偏振。优选地，圆偏振束平行于(或大体上平行于)稳恒磁场。
[0016]在一些实施例中，稳恒磁场被配置成在原子系综中产生大于20kHz的拉莫尔频率。
[0017]根据本专利技术的方面，提供一种检测振荡磁场的方法，其包含其中束具有线性偏振的以上方法，包含在束已传递通过原子系综之后检测束，以便检测振荡磁场。
[0018]根据本专利技术的方面，提供一种检测振荡磁场的方法，其包含其中束具有圆偏振的以上方法，其中束为磁力计泵浦束，所述方法包含用具有线性偏振且在频率方面与磁力计泵浦束简并的磁力计探测束探测原子系综，所述方法包含在磁力计探测束已传递通过原子系综之后检测磁力计探测束，以便检测振荡磁场。
[0019]在一些实施例中，所述方法包含提供振荡初级磁场以使导电或导磁对象产生次级磁场。
[0020]对于以上方面中的任一个，线性偏振束的偏振优选地平行于或大体上平行于稳恒磁场。线性偏振束可横向于且优选地正交于稳恒磁场方向，并且可横向于且优选地正交于振荡磁场以用于检测。
[0021]根据本专利技术的方面，提供一种用于在原子系综中产生原子自旋取向的系统，其包含：
[0022]原子系综，其具有包含基态的原子能级，基态包含第一流形和第二流形；
[0023]辐射源，其被配置成用电磁光辐射束泵浦原子系综，电磁光辐射束由于涉及第一流形的跃迁而失谐，使得原子系综中的第一流形的原子布居的大部分从第一流形转移到第二流形的磁塞曼次能级中。
[0024]在一些实施例中，所述系统被配置成提供具有超过阈值功率的光辐射功率的束，以在第二流形的塞曼次能级的原子布居的分布中引起不对称性，以便产生原子自旋取向。
[0025]在一些实施例中，束具有线性偏振。
[0026]在一些实施例中，束是具有圆偏振的泵浦束。
[0027]在一些实施例中，所述系统包含辐射源，辐射源被配置成用在频率方面与圆偏振泵浦束大体上简并的线性偏振探测束探测原子系综。此辐射源可为与用于泵浦的辐射源相同的辐射源。
[0028]在一些实施例中，辐射源被配置成发射单个束，并且所述系统包含被配置成将单个束分裂成泵浦束和探测束的束分裂器。
[0029]在一些实施例中，所述系统包含检测器，检测器被配置成检测线性偏振束，以便检测振荡磁场。
[0030]在一些实施例中，原子系综为铷，并且辐射源被配置成发射具有不超过4mW的光辐射功率的束。
[0031]在一些实施例中，辐射源为垂直腔面发射激光二极管。
[0032]在一些实施例中，所述系统包含磁场源，磁场源被配置成将稳恒磁场提供到原子系综以在原子系综的原子能级的基态的第一流形和第二流形内引起塞曼分裂。
[0033]在一些实施例中，所述系统为原子磁力计。
附图说明
[0034]下文仅借助于实例参考附图描述本专利技术的实施例。
[0035]图1展示单个线性偏振束的示意性配置，单个线性偏振束通过在基态流形之间转移布居而在原子基态内产生布居不均衡(偏振)。静态偏置磁场在基态流形内产生能量分裂。共振振荡磁场在基态流形之间产生相干性，从而使原子偏振进动。此原子偏振旋转映射到线性偏振束上，并且由平衡光电二极管和偏振束分裂器组成的简单偏振计检测。
[0036]图2展示其中单个束被分裂成具有简并光频率的两个束。线性偏振束以与图1中所描述的方式相同的方式起作用。圆偏振束用于增强基态流形之间的布居转移。
[0037]图3为展示原子系综的第二流形中的取向的产生的示意图。
[0038]图4(a)为描绘在F＝3和F＝4铯基态流形之间转移布居且在其内产生布居不均衡(原子自旋)的线性偏振激光束的示意图。
[0039]图4(b)为描绘弱射频场B
rf
的示意图，所述弱射频场在邻近的F＝4塞曼次能级之间产生相干性，从而使原子自旋偏振围绕用黑色箭头标记的B
off
进动。自旋进动由线性偏振探测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在原子系综中产生原子自旋取向的方法，其包含：将稳恒磁场提供到所述原子系综以在所述原子系综的原子能级的基态的第一流形和第二流形内引起塞曼分裂；用电磁光辐射束泵浦所述原子系综，所述束由于涉及所述第一流形的跃迁而失谐，使得所述原子系综中的所述第一流形的原子布居的大部分从所述第一流形转移到所述第二流形的磁塞曼次能级中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述束由于涉及所述第一流形的跃迁而失谐，使得所述原子系综中的所述第一流形的原子布居的大部分从所述第一流形转移到具有最大或最小磁量子数的所述第二流形的磁塞曼次能级中。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述束的光辐射功率超过阈值功率，以在所述第二流形的塞曼次能级的原子布居的分布中引起不对称性，以便产生原子自旋取向。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述阈值功率为对所述原子系综的磁光旋转信号的光辐射束功率的相依性变得非线性的功率。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述阈值功率为2mW。6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述稳恒磁场被配置成在所述原子系综中产生不超过30kHz的拉莫尔频率。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述稳恒磁场被配置成在所述原子系综中产生不超过20kHz的拉莫尔频率。8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述束的频率为使来自所述第二流形的磁光旋转信号最大化的频率。9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述束由于涉及所述第一流形的所述跃迁而负失谐。10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述束具有线性偏振。11.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其中所述束具有圆偏振。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述稳恒磁场被配置成在所述原子系综中产生大于20kHz的拉莫尔频率。13.一种检测振荡磁场的方法，其包含根据权利要求10所述的方法，包含在所述束已传递通过所述原子系综之后检测所述束，以便检测振荡磁场。14.一种检测振荡磁场的方法，其包含根据权利要求11或12所述的方法，其中所述束是磁力计泵浦束，所述方法包含用具有线性偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：思克莱德大学，
类型：发明
国别省市：