肖艳红课题组基于弱测量实现亚赫兹原子谐振谱
发布时间: 2020-04-20     文章作者:     访问次数: 11

肖艳红课题组利用弱测量方法,在室温铷原子气室中实现了亚赫兹线宽原子谐振谱以及飞特斯拉级别的高灵敏度原子磁力计。文章以Sub-Hertz resonance by weak measurement为题,202049日发表在国际期刊《自然-通讯》 (Nature Communications)上。

众所周知,原子跃迁频率具有高稳定性,窄线宽原子谐振谱可以用来对频率进行高精度的测量。因此,频率是迄今为止能被科学家测量得最精确的物理量,不断发展线宽压窄技术、提高频率及与频率相关的物理量的测量灵敏度是科学领域长期备受关注的研究课题。

肖艳红课题组提出并实现用弱测量方法压窄原子谱线的线宽。弱测量是指通过对量子态进行前、后选择,放大原本无法检测到的微弱信号的方法,在量子态的识别和精密测量领域有巨大的应用潜力。本文描述的实验中,原子谐振谱的线宽压窄到0.1 Hz接着,该弱测量光谱方法被用到磁场测量中15微瓦的单束激光和室温原子气室的条件下,获得了7fT/Hz1/2直流磁场的测量灵敏度。实验中入射激光的左旋圆和右旋圆分量与L等效三能级原子体系相互作用,产生电磁诱导透明EIT效应同时,入射光场的频率调制在与原子作用后转化为出射光场强度调制原子感受到的磁场为零时,基态塞曼能级简并,入射光场的频率调制转化为左、右旋光上的同相强度调制(正关联);当磁场非零时,原子基态能级简并被破坏入射光场的频率调制开始部分转化为左、右旋光上的相强度调制(反关联)由于光场的强度关联性与光场的频率相关,通过对频率空间进行后选择,放大强度关联信号,从而使强度关联信号对磁场变化更加敏感,以达到压窄光谱、降低经典噪声对磁场测量的影响从而提高磁力计灵敏度的效果,最终获得了近量子极限的灵敏度。该工作发展的弱测量光谱技术和原子磁力计在精密测量基础物理、生物磁场(如脑磁、心磁)检测、磁异形探测等领域有着广阔的应用前景。

本工作与美国Kennesaw state University温建明教授、美国芝加哥大学的蒋良教授合作。肖艳红教授与温建明教授为共同通讯作者,我系博士生曲伟智金沈超、孙健分别为论文的第一、第二和第作者。项目到国家自然科学基金委“精密测量物理”重大研究计划、科技部重点研发计划等的支持。




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