搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

强耦合腔量子电动力学中单原子转移的实验及模拟

李文芳 杜金锦 文瑞娟 杨鹏飞 李刚 张天才

引用本文:
Citation:

强耦合腔量子电动力学中单原子转移的实验及模拟

李文芳, 杜金锦, 文瑞娟, 杨鹏飞, 李刚, 张天才

Single-atom transfer in a strongly coupled cavity quantum electrodynamics: experiment and Monte Carlo simulation

Li Wen-Fang, Du Jin-Jin, Wen Rui-Juan, Yang Peng-Fei, Li Gang, Zhang Tian-Cai
PDF
导出引用
  • 对于强耦合腔量子电动力学系统中以自由下落方式转移原子与腔模强耦合作用过程进行了实验研究, 并在理论上利用蒙特卡罗方法对整个实验过程进行了模拟. 根据模拟的高精度光学微腔实时记录的原子穿腔信号, 获得了原子与腔模相互作用以及冷原子的参数等基本信息, 包括不同初始条件下原子与腔模相互作用时腔的透射谱、单个原子在腔内的驻留时间、原子到达腔模时刻的概率分布以及原子到达腔模的动能分布等, 并作为对比给出了相应的实验结果. 基于模拟结果, 实验上建立了腔内光学偶极阱来俘获单个原子, 测量的单原子的腔内俘获寿命达到5 ms,比自由穿越时延长了约30倍. 该研究对于原子-腔受限空间内, 以自由下落方式转移原子以及原子与腔的耦合过程给出详细的分析, 有助于对类似实验结果的分析和系统参数的优化.
    The process of single-atom transfer in strongly coupled cavity quantum electrodynamics (QED) with free falling atoms is investigated by experiment and Monte Carlo simulation. We conduct the simulation of the whole physical process and give the corresponding experimental results. In experiment, a high finesse optical cavity is used for real-time detection of the single-atom transits from which the interaction information between single atoms and cavity can be extracted, including the transmission spectra of the cavity strongly coupled to single atoms, the interaction duration of the single atoms in the mode, the probability distribution of atom arrival time and the atomic kinetic energy distribution when arriving at the mode. All these can be completely derived from the transmission spectra of the different initial status. An intracavity far-off resonance trap (FORT) has been established and the single-atom trapping time inside the cavity is about 5 ms which is about 30 times longer than that without FORT. This study gives the detailed analysis of the whole procedure of free-falling atom transfer in cavity QED system and is helpful for optimizing the experimental parameters and design.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11125418, 91336107, 61275210, 61227902)和国家重点基础研究发展计划(批准号: 2012CB921601)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11125418, 91336107, 61275210, 61227902) and the National Basic Research Program of China (Grant No. 2012CB921601).
    [1]

    Mabuchi H, Turchette Q A, Chapman M S, Kimble H J 1996 Opt. Lett. 21 1393

    [2]

    Munstermann P, Fischer T, Pinkse P W H, Rempe G 1999 Opt. Commun. 159 63

    [3]

    Zhang P F, Zhang Y C, Li G, Du J J, Zhang Y F, Guo Y Q, Wang J M, Zhang T C, Li W D 2011 Chin. Phys. Lett. 28 044203

    [4]

    Hood C J, Lynn T W, Doherty A C, Parkins A S, Kimble H J 2000 Science 287 1447

    [5]

    Pinkse P W H, Fischer T, Munstermann P, Rempe G 2000 Nature 404 365

    [6]

    Puppe T, Pinkse P, Fischer T, Pinkse P W H, Rempe G 2004 Phys. Scr. T112 7

    [7]

    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 Phys. Rev. A 83 031804

    [8]

    Du J J, Li W F, Wen R J, Li G, Zhang P F, Zhang T C 2013 Appl. Phys. Lett. 102 173504

    [9]

    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 J. Opt. Soc. Am. B 28 667

    [10]

    Ottl A, Ritter S, Kohl M, Esslinger T 2005 Phys. Rev. Lett. 95 090404

    [11]

    Köhl M, Öttl A, Ritter S, Donner T, Bourdel T, Esslinger T 2007 Appl. Phys. B 86 391

    [12]

    Mcke M, Bochmann J, Hahn C, Neuzner A, Nölleke C, Reiserer A, Rempe G, Ritter S 2013 Phys. Rev. A 87 063805

    [13]

    Hijlkema M, Weber B, Specht H P, Webster S C, Kuhn A, Rempe G 2007 Nat. Phys. 3 253

    [14]

    Specht H P, Nölleke C, Reiserer A, Uphoff M, Figueroa E, Ritter S, Rempe G 2011 Nature 473 190

    [15]

    Ritter S, Nölleke C, Hahn C, Reiserer A, Neuzner A, Uphoff M, Mcke M, Figueroa E, Bochmann J, Rempe G 2012 Nature 484 195

    [16]

    Kimble H J 2008 Nature 453 1023

    [17]

    Sauer J A, Fortier K M, Chang M S, Hamley C D, Chapman M S 2004 Phys. Rev. A 69 051804

    [18]

    Li W F, Du J J, Wen R J, Yang P F, Li G, Liang J J, Zhang T C 2014 Appl. Phys. Lett. 104 113102

    [19]

    Du J J, Li W F, Wen R J, Li G, Zhang T C 2013 Acta Phys. Sin. 62 194203 (in Chinese) [杜金锦, 李文芳, 文瑞娟, 李刚, 张天才 2013 物理学报 62 194203]

  • [1]

    Mabuchi H, Turchette Q A, Chapman M S, Kimble H J 1996 Opt. Lett. 21 1393

    [2]

    Munstermann P, Fischer T, Pinkse P W H, Rempe G 1999 Opt. Commun. 159 63

    [3]

    Zhang P F, Zhang Y C, Li G, Du J J, Zhang Y F, Guo Y Q, Wang J M, Zhang T C, Li W D 2011 Chin. Phys. Lett. 28 044203

    [4]

    Hood C J, Lynn T W, Doherty A C, Parkins A S, Kimble H J 2000 Science 287 1447

    [5]

    Pinkse P W H, Fischer T, Munstermann P, Rempe G 2000 Nature 404 365

    [6]

    Puppe T, Pinkse P, Fischer T, Pinkse P W H, Rempe G 2004 Phys. Scr. T112 7

    [7]

    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 Phys. Rev. A 83 031804

    [8]

    Du J J, Li W F, Wen R J, Li G, Zhang P F, Zhang T C 2013 Appl. Phys. Lett. 102 173504

    [9]

    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 J. Opt. Soc. Am. B 28 667

    [10]

    Ottl A, Ritter S, Kohl M, Esslinger T 2005 Phys. Rev. Lett. 95 090404

    [11]

    Köhl M, Öttl A, Ritter S, Donner T, Bourdel T, Esslinger T 2007 Appl. Phys. B 86 391

    [12]

    Mcke M, Bochmann J, Hahn C, Neuzner A, Nölleke C, Reiserer A, Rempe G, Ritter S 2013 Phys. Rev. A 87 063805

    [13]

    Hijlkema M, Weber B, Specht H P, Webster S C, Kuhn A, Rempe G 2007 Nat. Phys. 3 253

    [14]

    Specht H P, Nölleke C, Reiserer A, Uphoff M, Figueroa E, Ritter S, Rempe G 2011 Nature 473 190

    [15]

    Ritter S, Nölleke C, Hahn C, Reiserer A, Neuzner A, Uphoff M, Mcke M, Figueroa E, Bochmann J, Rempe G 2012 Nature 484 195

    [16]

    Kimble H J 2008 Nature 453 1023

    [17]

    Sauer J A, Fortier K M, Chang M S, Hamley C D, Chapman M S 2004 Phys. Rev. A 69 051804

    [18]

    Li W F, Du J J, Wen R J, Yang P F, Li G, Liang J J, Zhang T C 2014 Appl. Phys. Lett. 104 113102

    [19]

    Du J J, Li W F, Wen R J, Li G, Zhang T C 2013 Acta Phys. Sin. 62 194203 (in Chinese) [杜金锦, 李文芳, 文瑞娟, 李刚, 张天才 2013 物理学报 62 194203]

  • [1] 郭状, 欧阳峰, 卢志舟, 王梦宇, 谭庆贵, 谢成峰, 魏斌, 何兴道. 氟化镁微瓶腔光频梳光谱分析及优化. 物理学报, 2024, 73(3): 034202. doi: 10.7498/aps.73.20231126
    [2] 金星, 肖莘宇, 龚旗煌, 杨起帆. 微腔光梳的产生、发展及应用. 物理学报, 2023, 72(23): 234203. doi: 10.7498/aps.72.20231816
    [3] 王丽敏, 段丙皇, 许献国, 李昊, 陈治军, 杨坤杰, 张硕. 基于蒙特卡罗模拟研究锆钛酸铅镧材料的中子辐照损伤. 物理学报, 2022, 71(7): 076101. doi: 10.7498/aps.71.20212041
    [4] 徐昕, 金雪莹, 胡晓鸿, 黄新宁. 光学微腔中倍频光场演化和光谱特性. 物理学报, 2020, 69(2): 024203. doi: 10.7498/aps.69.20191294
    [5] 王梦宇, 孟令俊, 杨煜, 钟汇凯, 吴涛, 刘彬, 张磊, 伏燕军, 王克逸. 扁长型微瓶腔中的回音壁模式选择及Fano谐振. 物理学报, 2020, 69(23): 234203. doi: 10.7498/aps.69.20200817
    [6] 徐昕, 金雪莹, 高浩然, 程杰, 陆洋, 陈东, 于连栋. 耦合光学微腔的频率调谐过程分析. 物理学报, 2020, 69(18): 184207. doi: 10.7498/aps.69.20200530
    [7] 田永顺, 胡志良, 童剑飞, 陈俊阳, 彭向阳, 梁天骄. 基于3.5 MeV射频四极质子加速器硼中子俘获治疗装置的束流整形体设计. 物理学报, 2018, 67(14): 142801. doi: 10.7498/aps.67.20180380
    [8] 谷红明, 黄永清, 王欢欢, 武刚, 段晓峰, 刘凯, 任晓敏. 一种新型光学微腔的理论分析. 物理学报, 2018, 67(14): 144201. doi: 10.7498/aps.67.20180067
    [9] 王延娜, 赵迪, 方爱平, 蒋臣威, 高韶燕, 李福利. 利用高阶拉盖尔-高斯横模精确测量法布里-珀罗腔内原子的运动轨迹. 物理学报, 2015, 64(22): 224214. doi: 10.7498/aps.64.224214
    [10] 邱康生, 赵彦辉, 刘相波, 冯宝华, 许秀来. 弯曲氧化锌微米线微腔中的回音壁模. 物理学报, 2014, 63(17): 177802. doi: 10.7498/aps.63.177802
    [11] 文瑞娟, 杜金锦, 李文芳, 李刚, 张天才. 内腔多原子直接俘获的强耦合腔量子力学系统的构建. 物理学报, 2014, 63(24): 244203. doi: 10.7498/aps.63.244203
    [12] 华钰超, 董源, 曹炳阳. 硅纳米薄膜中声子弹道扩散导热的蒙特卡罗模拟. 物理学报, 2013, 62(24): 244401. doi: 10.7498/aps.62.244401
    [13] 兰木, 向钢, 辜刚旭, 张析. 一种晶体表面水平纳米线生长机理的蒙特卡罗模拟研究. 物理学报, 2012, 61(22): 228101. doi: 10.7498/aps.61.228101
    [14] 樊小辉, 赵兴宇, 王丽娜, 张丽丽, 周恒为, 张晋鲁, 黄以能. 分子串模型中空间弛豫模式的弛豫动力学的蒙特卡罗模拟. 物理学报, 2011, 60(12): 126401. doi: 10.7498/aps.60.126401
    [15] 程正富, 龙晓霞, 郑瑞伦. 温度对光学微腔光子激子系统玻色凝聚的影响. 物理学报, 2010, 59(12): 8377-8384. doi: 10.7498/aps.59.8377
    [16] 熊开国, 封国林, 胡经国, 万仕全, 杨杰. 气候变化中高温破纪录事件的蒙特卡罗模拟研究. 物理学报, 2009, 58(4): 2843-2852. doi: 10.7498/aps.58.2843
    [17] 高飞, 山田亮子, 渡边光男, 刘华锋. 应用蒙特卡罗模拟进行正电子发射断层成像仪散射特性分析. 物理学报, 2009, 58(5): 3584-3591. doi: 10.7498/aps.58.3584
    [18] 徐兰青, 李 晖, 肖郑颖. 基于蒙特卡罗模拟的散射介质中后向光散射模型及分析应用. 物理学报, 2008, 57(9): 6030-6035. doi: 10.7498/aps.57.6030
    [19] 和青芳, 徐 征, 刘德昂, 徐叙瑢. 蒙特卡罗方法模拟薄膜电致发光器件中碰撞离化的作用. 物理学报, 2006, 55(4): 1997-2002. doi: 10.7498/aps.55.1997
    [20] 刘涛, 张天才, 王军民, 彭堃墀. 高精细度光学微腔中原子的偶极俘获. 物理学报, 2004, 53(5): 1346-1351. doi: 10.7498/aps.53.1346
计量
  • 文章访问数:  6872
  • PDF下载量:  444
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-13
  • 修回日期:  2014-08-15
  • 刊出日期:  2014-12-05

/

返回文章
返回