武漢物數所在冷原子研究方面取得新進展

　　激光冷卻為研究量子光學、量子信息和量子模擬中的物理問題建立了實驗平臺。在對中性原子進行冷卻過程中，為了簡化實驗裝置和獲得數目多的冷原子，半導體錐形放大器(Tapered Amplifier ,TA)是當今普遍利用的激光工具。當多個頻率的激光成分同時注入到半導體錐形放大器時，由于固體材料的非線性效應，會有多個頻率邊帶的產生。研究這些邊帶產生的性質及其對激光冷卻的影響，能夠更好地操控光和原子之間的相互作用，提高囚禁原子的數目，為實現量子簡并氣體準備條件。

　　中科院武漢物理與數學研究所江開軍研究員帶領的超冷量子系統研究組在對多種原子同時進行冷卻過程中，將兩個頻率成分同時注入到半導體錐形放大器中。利用外差法和法布里-珀羅干涉儀對邊帶頻率成分進行測量，獲得了邊帶產生效應隨雙頻激光的頻率差、注入激光的功率和放大芯片的工作電流的依賴關系。在對鉀原子進行冷卻實驗中，冷卻光和回泵光同時注入到半導體錐形放大器中。對于鉀41，兩激光的頻率差較小(254MHz)，囚禁原子數目由于邊帶效應減少了一個數量級;對于鉀40，兩激光的頻率差較大(1.3GHz)，邊帶效應小，對囚禁原子的數目沒有明顯影響。

　　此研究表明，半導體錐形放大器中的邊帶效應對激光冷卻有明顯的影響。研究論文發表在美國光學學會期刊Optics Letters(38, 1161, 2013)上。

　　該研究得到了中科院“百人計劃”、國家自然科學基金青年基金和科技部“973計劃”的支持。

圖a.頻率差為80MHz的雙頻光經TA放大后外差拍頻信號(插圖頻率差為200MHz);圖b.邊帶數目隨雙頻光間的頻率差變化圖