Gradient Echo Quantum Mémoire chaud atomique de vapeur

L’objectif global de cette procédure est le stockage et le rappel d’une impulsion de lumière dans une vapeur de rubidium chaude à l’aide de gradients de champ magnétique. Ceci est accompli en utilisant d’abord des modulateurs électro-optiques et des cavités optiques pour générer des faisceaux de lumière aux fréquences requises pour l’absorption des ramen dans la vapeur de rubidium. La deuxième étape consiste à utiliser des modulateurs optiques pour façonner les impulsions qui seront stockées dans la mémoire ainsi qu’à affiner la fréquence du faisceau de contrôle qui permet l’absorption des ramen.

Ensuite, les impulsions lumineuses sont stockées dans une pile au rubidium dont l’absorption est élargie spatialement par un gradient de champ magnétique longitudinal. La dernière étape consiste à inverser le gradient magnétique pour inverser l’évolution de la cohérence atomique, rappelant ainsi les impulsions lumineuses stockées par un processus d’écho de photons. En fin de compte, la détection de homoddy est utilisée pour mesurer les caractéristiques de l’écho de photons rappelé.

Le principal avantage de cette technique par rapport à nos méthodes existantes est qu’elle a l’efficacité démontrée la plus élevée. La nature unique de la mémoire signifie que la composante fréquentielle des impulsions lumineuses peut être stockée sur toute la longueur d’une cellule à gaz. La mémoire peut ensuite être utilisée pour la manipulation spectrale d’une lumière de magasin.

Préparez-vous à l’expérience en fabriquant sur mesure deux résonateurs en anneau. Sélectionnez un cylindre creux en aluminium en vrac pour l’entretoise de la cavité. Ce cylindre mesure environ 25 centimètres de long.

Préparez deux miroirs plats avec une réflectivité identique dans les embouts. Montez-les à une extrémité de l’entretoise de la cavité avec un usinage soigneux. Les miroirs n’ont pas besoin d’être collés.

Placez ensuite un joint torique dans un capuchon d’extrémité pour l’extrémité opposée de l’entretoise de la cavité. Placez un miroir incurvé à réflectivité maximale sur le joint torique. Placez un actionneur électrique piso sur le miroir et montez le capuchon d’extrémité sur l’entretoise de cavité, comprimez les éléments du capuchon d’extrémité sur l’entretoise de cavité pour permettre un actionnement rapide du miroir d’extrémité.

Commencez maintenant à travailler sur l’appareil de mémoire. Utilisez une longue cellule ici, 20 centimètres avec des fenêtres traitées antireflet contenant du rubidium 87 isotopiquement amélioré, ainsi que 0,5 tor de gaz tampon Krypton Utilisez une cellule enveloppée le fil chauffant non magnétique pour les expériences. La cellule de mémoire représentée en vert dans ce schéma sera enfermée dans trois solénoïdes concentriques.

Il y a deux solénoïdes intérieurs identiques avec un pas variable conçus pour créer un champ magnétique variant linéairement. Ils sont montés de manière à ce que les pentes des champs respectifs s’opposent. La commutation entre les solénoïdes inverse les gradients dans l’ensemble atomique et force le rephasage de l’impulsion optique et le rappel de la lumière de la mémoire.

Le troisième solénoïde extérieur produira un champ magnétique continu pour lever la dégénérescence des niveaux XEOMIN. Pour fabriquer les solénoïdes intérieurs, utilisez des simulations pour déterminer la spirale à pas variable requise et imprimer son tracé. Enroulez le tracé autour d’un tuyau en PVC pour fournir un guide pour enrouler le fil.

Les bobines doivent être conçues pour éviter les effets de bord et pour avoir principalement des champs longitudinaux. Après l’emballage et l’assemblage, les trois solénoïdes les blindent magnétiquement avec deux couches de mu métal. L’expérience utilise un laser monomode réglé près de la raie du rubidium D à 795 nanomètres.

Surveillez la fréquence à l’aide d’un séparateur de faisceau et en faisant briller un faisceau à travers une cellule chauffée contenant un rapport isotopique naturel du rubidium. Observez la diffusion près de la résonance à l’aide d’une caméra dune la fréquence d’environ 1,5 gigahertz au-dessus de la transition F égale deux à F prime égale deux pour obtenir la fréquence approximative du faisceau de contrôle. Ensuite, le long du chemin optique, utilisez un séparateur de faisceau pour former un faisceau de commande et un faisceau de sonde.

Le faisceau de la sonde se poursuit à travers un modulateur électro-optique couplé à la fibre et l’une des cavités annulaires. Utilisez le modulateur électro-optique couplé à la fibre piloté par une source micro-ondes de 6,8 gigahertz pour désaccorder le faisceau de la sonde de la commande. Éliminez les bandes latérales en verrouillant la cavité de l’anneau sur la résonance avec une bande latérale positive de 6,8 gigahertz.

Le séparateur de faisceau suivant dirige le faisceau prob vers un modulateur optique kuo pour permettre un contrôle précis de sa fréquence et de son intensité. Le modulateur est piloté par une gaussienne modulée pour produire une fine impulsion de lumière à stocker dans la cellule. Dirigez le faisceau de sonde à transmettre à travers une deuxième cavité annulaire.

Verrouillez la cavité sur la fréquence du faisceau de sondage à l’aide d’un faisceau de verrouillage auxiliaire injecté dans le mode inverse de la cavité. Recombinez le faisceau de la sonde et le faisceau de contrôle au niveau du miroir de sortie de la cavité où le faisceau de contrôle est réfléchi Avant qu’ils n’entrent dans la cellule de mémoire, ajustez la sonde recombinée et les faisceaux de contrôle pour qu’ils aient une polarisation approximativement circulaire identique avec une plaque quart d’onde. Après la cellule de mémoire, retirez le faisceau de contrôle de la propagation de la lumière à l’aide d’une cellule de filtre remplie d’un mélange naturel de rubidium à 140 degrés Celsius.

Utilisez ensuite une deuxième plaque quart d’onde pour convertir les impulsions pro en polarisation presque linéaire. Préparez la configuration de la détection moderne pour le faisceau prob. Après la cellule de mémoire, dirigez un faisceau vers un troisième modulateur optique Oko pour décaler sa fréquence et fournir un oscillateur local au détecteur.

Utilisez un oscilloscope rapide déclenché par le programme de contrôle pour capturer et stocker le signal d’une expérience. Assurez-vous que la cellule de mémoire est à 80 degrés Celsius et ajustez la puissance du faisceau de la sonde. Démarrez le script contrôlé par ordinateur pour l’expérience.

Un cycle de service typique est d’environ 120 microsecondes pour déclencher l’oscilloscope au début du cycle. Initialement, l’une des bobines internes autour de la cellule de mémoire est allumée et l’autre est éteinte, ce qui entraîne un gradient magnétique dans une direction. Une fois qu’une impulsion du faisceau prob est enregistrée, inversez le gradient pour rappeler la lumière de la mémoire.

Éteignez le chauffage à pile à gaz pendant le temps de stockage de la mémoire pour éviter toute interférence avec le fonctionnement de la mémoire. Éteignez le faisceau de commande pendant que la lumière est stockée dans la mémoire si possible. Cette figure montre une ligne hétérodyne typique de ramen élargi lorsque l’une des bobines magnétiques à gradient est activée.

La fine ligne continue montre les données des mesures hétérodynes. L’oscillation est due au battement entre la lumière de la sonde et la lumière de l’oscillateur local. La courbe pointillée montre l’enveloppe de ces données, la forme de la ligne d’élargissement des ramen.

Ici, un signal typique de mémoire d’écho à gradient d’efficacité moyenne pour un temps de stockage court est montré dans ce graphique. La courbe rouge indique le profil d’intensité de l’impulsion d’entrée et la courbe bleue indique la sortie de la mémoire. Les bobines à gradient magnétique ont été commutées à 10 microsecondes.

L’écho rappelé apparaît à droite de la ligne pointillée. L’intensité non nulle de la sortie avant l’interrupteur est la preuve d’une fuite de lumière. Cette mémoire d’écho à haute efficacité peut être utilisée pour une variété d’expériences telles que la mise en forme d’impulsions dans le temps, l’espace fréquentiel et potentiellement la construction d’un répéteur quantique.

N’oubliez pas que travailler avec des lasers de haute puissance peut être extrêmement dangereux. Portez toujours des lunettes de sécurité laser lors de cette procédure.