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产品应用|TOPTICA激光器在离子捕获和激光冷却实验的应用
发布时间:2019-05-14
 

自20世纪50年代首次演示以来,离子阱已经成为光谱学、计量学、基础量子物理实验和量子计算的强大工具。Paul阱和Penning阱的发明者Wolfgang Paul和Hans Dehmelt获得了1989年的诺贝尔物理学奖,第一次在离子阱中实现激光冷却离子的Wineland教授获得2012年诺贝尔物理学奖。离子阱装置可利用在阱体区域内其特定构型的静电、静磁或射频场,将带电离子约束在阱内,并处于超高真空环境中,可使被研究的离子体系处于几乎孤立的不受干扰的环境。离子阱具有很长的囚禁时间,可以长达数月,这易于观测离子的性质,是研究带电粒子特性的理想手段。离子阱的发明使得长时间囚禁单个带电粒子成为可能。

离子阱                    离子捕获

激光冷却原子技术的发展与离子阱结合,可以进一步控制单个离子和原子的运动效应。捕获离子的激光冷却主要有多普勒冷却和边带冷却两种方式。通常分两步进行,当离子刚被囚禁于阱中时,离子具有较高的动能,这时可采用多谱勒冷却。经过多谱勒冷却后,离子的运动已进入Lamb-Dicke区域,使动能进一步降低可采用边带冷却来实现。边带冷却是用来冷却至运动基态。激光对这种激光冷却的捕获离子进行处理,就可以演示量子门,这是实现量子计算机所需要的基本操作。基于阱中离子运动与内部电子状态之间的量子逻辑与量子纠缠,实现了世界上最精确的原子钟。目前许多实验通过捕获离子的方法探索了奇妙的量子世界,并帮助我们理解量子物理和光相互作用的许多不同方面。

离子捕获本身依赖于射频电场和稳态磁场,在这里不需要激光。然而,选择性电离和冷却需要合适波长的可调谐激光器,这些波长通常在蓝色或紫外光谱范围内。为了提高离子量子门、光频标性能,窄线宽超稳激光器技术也是其关键技术。这些波长最方便的实现方式是使用倍频高功率连续波半导体激光器。根据离子的不同,需要使用二倍频甚至四倍频窄线宽半导体激光器系统。基于其超稳的种子光,半导体和光纤放大技术以及专利设计的倍频腔设计,TOPTICA现阶段可提供从190 nm到800 nm之间任意波长的单频可调谐激光器,而且这些激光器都使用最新的Pro技术设计。如果需要极窄线宽的激光器(如Hz),TOPTICA可以为您定制特殊线宽版本的ECDL激光器。TOPTICA的快速反馈锁定模块是独一无二的,比市场上任何其他解决方案都要快得多。

DLCTASHG/FHGPro激光器

激光器参数

激光器光谱范围

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