Gradiente eco Quantum Memória em Warm Atomic Vapor

O objetivo geral deste procedimento é o armazenamento e recuperação de um pulso de luz em um vapor de rubídio quente usando gradientes de campo magnético. Isso é feito primeiro usando moduladores eletro-ópticos e cavidades ópticas para gerar feixes de luz nas frequências necessárias para a absorção de ramen no vapor de rubídio. O segundo passo é usar todos moduladores ópticos para moldar os pulsos que serão armazenados na memória, bem como ajustar a frequência do feixe de controle que permite a absorção do ramen.

Em seguida, os pulsos de luz são armazenados em uma célula de rubídio cuja absorção é espacialmente ampliada por um gradiente de campo magnético longitudinal. O passo final é reverter o gradiente magnético para reverter a evolução da coerência atômica, lembrando assim os pulsos de luz armazenados por meio de um processo de eco de fótons. Em última análise, a detecção de ho moddy é usada para medir as características do eco de fótons lembrado.

A principal vantagem desta técnica de nossos métodos existentes é que ela tem a maior eficiência demonstrada. O exclusivo para uma natureza de domínio da memória significa que o componente de frequência dos pulsos de luz pode ser armazenado ao longo do comprimento de uma célula de gás. A memória pode então ser usada para manipulação espectral de uma luz armazenada.

Prepare-se para o experimento fazendo dois ressonadores de anel. Selecione um cilindro oco de alumínio a granel para o espaçador da cavidade. Este cilindro tem cerca de 25 centímetros de comprimento.

Prepare dois espelhos planos com refletividade idêntica nas tampas das extremidades. Monte-os em uma extremidade do espaçador de cavidade com usinagem cuidadosa. Os espelhos não precisam ser colados.

Em seguida, coloque um anel de vedação em uma tampa de extremidade para a extremidade oposta do espaçador da cavidade. Coloque um espelho curvo de refletividade máxima no anel de vedação. Coloque um atuador elétrico de piso no espelho e monte a tampa da extremidade no espaçador da cavidade comprima os elementos da tampa da extremidade no espaçador da cavidade para permitir o acionamento rápido do espelho da extremidade.

Agora comece a trabalhar no aparelho de memória. Use uma célula longa aqui, 20 centímetros com janelas revestidas antirreflexo contendo rubídio 87 isotopicamente aprimorado, junto com 0,5 tor de gás tampão de criptônio, use uma célula enrolada no fio de aquecimento não magnético para experimentos. A célula de memória representada em verde neste esquema será envolta em três solenóides concêntricos.

Existem dois solenóides internos idênticos com um passo variável projetado para criar um campo magnético linearmente variável. Eles são montados de forma que os gradientes dos respectivos campos se oponham. A alternância entre os solenóides inverte os gradientes no conjunto atômico e força a repressão do pulso óptico e a recuperação da luz da memória.

O terceiro solenóide externo produzirá um campo magnético DC para levantar a degeneração dos níveis XEOMIN. Para fazer os solenóides internos, use simulações para determinar a espiral de passo variável necessária e imprimir seu gráfico. Enrole o enredo em torno de um tubo de PVC para fornecer um guia para enrolar o fio.

As bobinas devem ser projetadas para evitar efeitos de borda e ter principalmente campos longitudinais. Depois de embrulhar e montar os três solenóides, proteja-os magneticamente com duas camadas de metal mu. O experimento usa um laser de modo único sintonizado perto da linha de rubídio D a 795 nanômetros.

Monitore a frequência usando um divisor de feixe e iluminando um feixe através de uma célula aquecida contendo uma proporção isotópica natural de rubídio. Observe o espalhamento perto da ressonância usando uma câmera dune a frequência em cerca de 1,5 gigahertz acima do F igual a dois para F linha igual a dois transição para obter a frequência aproximada do feixe de controle. Em seguida, ao longo do caminho óptico, use um divisor de feixe para formar um feixe de controle e um feixe de sonda.

O feixe da sonda continua através de um modulador eletro-óptico acoplado a fibra e uma das cavidades do anel. Use o modulador eletro-óptico acoplado a fibra acionado por uma fonte de micro-ondas de 6,8 gigahertz para desafinar o feixe da sonda do controle. Elimine as bandas laterais travando a cavidade do anel na ressonância com uma banda lateral positiva de 6,8 gigahertz.

O próximo divisor de feixe direciona o feixe de prob para um modulador óptico kuo para permitir o controle fino de sua frequência e intensidade. O modulador é acionado com um gaussiano modulado para produzir um pulso fino de luz para armazenamento na célula. Direcione o feixe de prob a ser transmitido através de uma segunda cavidade de anel.

Trave a cavidade na frequência do feixe de prob usando um feixe de travamento auxiliar injetado no modo reverso da cavidade. Recombine o feixe da sonda e o feixe de controle no espelho de saída da cavidade onde o feixe de controle é refletido Antes de entrarem na célula de memória, ajuste a sonda recombinada e os feixes de controle para ter uma polarização aproximadamente circular idêntica com uma placa de quarto de onda. Após a célula de memória, retire o feixe de controle da propagação da luz com uma célula de filtro preenchida com uma mistura natural de rubídio a 140 graus Celsius.

Em seguida, use uma segunda placa de quarto de onda para converter os pulsos profissionais em polarização quase linear. Prepare a configuração de detecção de ho moddy para o feixe de problemas. Após a célula de memória, direcione um feixe para um terceiro modulador óptico Oko para mudar sua frequência e fornecer um oscilador local para o detector.

Use um osciloscópio rápido acionado pelo programa de controle para capturar e armazenar o sinal para um experimento. Certifique-se de que a célula de memória esteja a 80 graus Celsius e ajuste a potência do feixe da sonda. Inicie o script controlado por computador para o experimento.

Um ciclo de trabalho típico é de cerca de 120 microssegundos para acionar o osciloscópio no início do ciclo. Inicialmente, uma das bobinas internas ao redor da célula de memória está ligada e a outra está desligada, levando a um gradiente magnético em uma direção. Depois que um pulso do feixe de problemas for armazenado, inverta o gradiente para recuperar a luz da memória.

Desligue o aquecedor da célula de gás durante o tempo de armazenamento da memória para evitar interferência na operação da memória. Desligue o feixe de controle enquanto a luz estiver armazenada na memória, se possível. Esta figura mostra uma linha típica de ramen ampliada heteródina quando uma das bobinas magnéticas de gradiente é ligada.

A linha sólida fina mostra dados de medições heteródinas. A oscilação é devida ao batimento entre a luz da sonda e a luz do oscilador local. A curva tracejada mostra o envelope desses dados, a forma da linha de ramen alargada.

Aqui, um sinal de memória de eco de gradiente de eficiência média típico para curto tempo de armazenamento é mostrado neste gráfico. A curva vermelha mostra o perfil de intensidade do pulso de entrada e a curva azul mostra a saída da memória. As bobinas de gradiente magnético foram trocadas em 10 microssegundos.

O eco recuperado aparece à direita da linha tracejada. A intensidade diferente de zero da saída antes da chave é evidência de vazamento de luz. Essa memória de eco de classificação de alta eficiência pode ser usada para uma variedade de experimentos, como moldar pulsos no tempo, espaço de frequência e potencialmente construir um repetidor quântico.

Não se esqueça, trabalhar com lasers de alta potência pode ser extremamente perigoso. Sempre use óculos de segurança a laser ao realizar este procedimento.