[發明專利]基于速度選擇技術操控原子布居轉移的裝置及方法

有效

• 申請號: 201610071986.0
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105514795B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 張一馳;汪麗蓉;曹書凱;范鵬瑞
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01S5/04
• 分類號: H01S5/04;H01S5/06
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明提供一種基于速度選擇技術操控原子布居轉移的裝置及方法。一種基于速度選擇技術操控原子布居轉移的裝置，包括順次位于光路上的飛秒光學頻率梳、激光隔離器、第三全反射鏡、第四全反射鏡、寬帶濾光片、凸透鏡、原子蒸汽泡、吸光片；還包括順次位于光路上的半導體激光器、第一全反射鏡、第一四分之一波片、第一偏振分束棱鏡、第二全反射鏡、第五全反射鏡、第二四分之一波片、第二偏振分束棱鏡、光電探測器；探測器由BNC線連接到示波器上。有效地解決了現階段內操控原子布居數轉移的方法的精確性差、效率低、覆蓋原子能級數目少、可調性差等問題。整個裝置及方法具有結構簡單、操作簡便、易于調節、外界干擾小、穩定性強、精確度極高的優點。

技術領域

本發明涉及對原子在其能級布居數的操控，具體是一種基于速度選擇技術操控原子布居轉移的裝置及方法。

背景技術

利用超快激光結合原子物理是近二十年發展起來的光學和原子物理學的一個熱門交叉學科。利用超快激光結合原子物理創建數百個或數千個量子比特構成柵格是目前實現量子計算機公認的最有效的載體與手段。不同于傳統的二進制，一個量子比特可以同時輸入一個疊加狀態，其中0和1是同時有效的。當在該狀態下的量子比特共同工作，就可以完成對于傳統硬件來說不可能完成的復雜計算。目前，世界上許多國家都在研究量子計算機。量子計算機未來在軍事、經濟與科學研究中都占有重要的地位。有效操控原子在其精細能級上的布居，對于量子計算機與量子通訊有重要的意義。

目前，國際上主要采用單頻激光光學泵浦或者寬帶光泵浦的方法來實現操控原子在其精細能級上的分布。單頻激光因其激光功率高，頻率準確的對應于具體原子的能級，使得其操控確定能態上的原子數效率極高。單頻激光操控原子在其精細能級上分布的缺點是：只能操控原子能級躍遷頻率與激光頻率相對應的單個能級上的原子數分布，如果要操控多條不同能級上原子數的布居需要大量頻率不同的激光器，價格高昂且使用不便。寬帶光源操控原子在其精細能級上分布的優勢在于，其極寬的譜線范圍可以覆蓋原子幾乎所有的能級，但因為寬帶光不具備激光的特點使得其激發原子躍遷的效率極低，以至于此種方法極少使用。基于此，急需發明一種即可以像單頻激光那樣高效的激發原子到特定的能級，又可以像寬帶光一樣同時覆蓋幾乎所有的原子能級的裝置與方法。

發明內容

本發明為解決現有技術中單一單頻率激光覆蓋不了所有原子能級，如果要操控原子所有能級的布居數需要上百臺單頻激光器；而寬帶光源雖然可以覆蓋幾乎所有原子能級但寬帶光源激發原子躍遷的效率太低的技術問題，提供了一種既可以像單頻激光那樣高效的激發原子到特定的能級，又可以像寬帶光一樣同時覆蓋幾乎所有的原子能級的裝置與方法。

本發明所述的基于速度選擇技術操控原子布居轉移的裝置是采用如下技術方案實現的：一種基于速度選擇技術操控原子布居轉移的裝置,包括飛秒光學頻率梳、順次位于飛秒光學頻率梳出射光路上的激光隔離器、第三全反射鏡和第四全反射鏡，第四全反射鏡的反射光路上順次設有濾光片、凸透鏡以及內充堿金屬原子蒸氣的原子蒸汽泡；經凸透鏡聚焦后的激光在穿過原子蒸汽泡后的光路上設有吸光片；還包括半導體激光器、順次位于半導體激光器出射光路上的第一全反射鏡、第一四分之一波片和第一偏振分束棱鏡；第一偏振分束棱鏡的透射光路上設有第二全反射鏡；所述第二全反射鏡的反射光路穿過原子蒸汽泡且在穿過原子蒸汽泡后的光路上設有第五全反射鏡，第五全反射鏡的反射光路上順次設有第二四分之一波片和第二偏振分束棱鏡，第二偏振分束棱鏡的透射光路上設有光電探測器；光電探測器的信號輸出端連接有示波器；所述第二反射鏡的反射光路與經凸透鏡匯聚后的激光在原子蒸汽泡內盡可能多的重合。