鏡、第二全反射鏡結(jié)合第三全反射鏡與第四全反射鏡使得飛秒光學(xué)頻率梳輸出的寬帶激光與半導(dǎo)體激光器輸出的連續(xù)激光盡可能多的重合，濾光片從高穩(wěn)定性寬帶飛秒激光中選擇出所需要頻率的激光，通過更換濾光片即可以選擇出對應(yīng)于堿金屬原子不同能級的激光;掃描半導(dǎo)體激光器出射激光的頻率并且保持飛秒光學(xué)頻率梳的頻率不變，通過濾光片從高穩(wěn)定性寬帶飛秒激光中初步選擇出堿金屬原子相應(yīng)原子能級所需要的激光頻率，然后通過調(diào)節(jié)飛秒光學(xué)頻率梳的偏置頻率與重復(fù)頻率就可以精確操控堿金屬原子在相應(yīng)能級上的布居數(shù)分布;通過示波器獲得的原子速度選擇光譜即展示了對原子在其精細(xì)能級上布居數(shù)的操控。
[0013]飛秒光學(xué)頻率梳的發(fā)明把時(shí)域和頻域很好的聯(lián)系了起來，這一重大突破被廣泛的認(rèn)為是頻率測量歷史上具有革命性意義的進(jìn)展。飛秒光學(xué)頻率梳輸出的寬帶激光(300-1OOOnm)，使用不同窄帶濾光片可以選擇出相關(guān)的一系列不同頻率的激光，相當(dāng)于得到了300-1000nm的無數(shù)個(gè)單頻激光光源，為高效操控原子在不同能級的布居數(shù)提供了可能性。在這里，本申請首次提出了基于速度選擇技術(shù)操控原子布居轉(zhuǎn)移的方法及裝置。此種方法把光梳的等間隔，有幾百萬個(gè)梳齒的優(yōu)勢轉(zhuǎn)移到原子光譜中，使得獲得的原子光譜具有光梳的優(yōu)勢。顧名思義，獲得的原子梳狀光譜具有等間隔如梳齒樣子的光譜。梳狀光譜具有光梳的特性，譜線之間等間隔即光梳重復(fù)率的間隔。梳狀光譜與光梳類似具有兩個(gè)自由度，通過調(diào)節(jié)光梳的重復(fù)頻率與偏置頻率就可以調(diào)節(jié)梳狀光譜譜線的位置，從而調(diào)節(jié)原子的布居數(shù)分布。此種技術(shù)可以同時(shí)操控幾乎所有原子能級的布居數(shù)分布，并且飛秒脈沖激發(fā)原子躍迀的幾率極高，高效的解決了目前缺少既可以像單頻激光那樣高效的激發(fā)原子到特定的能級，又可以像寬帶光一樣同時(shí)覆蓋幾乎所有的原子能級的方法與裝置的問題。
[0014]同時(shí)，此種技術(shù)不需要使用許多不同頻率的激光器，只需要更換不同的濾波片就可以操控原子在其幾乎所有精細(xì)能級布居，如普通采用的方法操控原子在其精細(xì)能級的布居需要幾十到上百臺激光器，此方法使用一臺飛秒光學(xué)頻率梳就可以代替上百臺激光器，此方法極大的降低了操控原子在其全部能級上布居所使用激光器的費(fèi)用，一臺半導(dǎo)體激光器結(jié)合一臺飛秒激光器就可以替代上百臺激光器高效的簡化了操作方法降低了費(fèi)用。除此之外，采用速度選擇原子梳光譜技術(shù)操控原子能級的速度可達(dá)到飛秒的量級，超快的操控原子在不同能級的的布居為量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)提供了保證。
[0015]本發(fā)明有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中單一單頻率激光覆蓋不了所有原子能級，如果要操控原子所有能級的布居分布需要上百臺單頻激光器;而寬帶光源雖然可以覆蓋幾乎所有原子能級但寬帶光源激發(fā)原子躍迀的效率太低。提供了一種既可以像單頻激光那樣高效的激發(fā)原子到特定的能級，又可以像寬帶光一樣同時(shí)覆蓋幾乎所有的原子能級的方法與裝置。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]1-飛秒光學(xué)頻率梳，2-激光隔離器，3-第三全反射鏡，4-第四全反射鏡，5-第二全反射鏡，6-半導(dǎo)體激光器，7-第一全反射鏡，8-第一四分之一波片，9-第一偏振分束棱鏡，10-濾光片，11-凸透鏡，12-磁屏蔽罩，13-原子蒸氣泡，14-吸光片，15-第五全反射鏡，16-第二四分之一波片，17第二偏振分束棱鏡，18-光電探測器，19-BNC線，20-不波器，21-腔體。
[0018]圖2操控原子布居轉(zhuǎn)移與沒有操控的吸收譜對比圖。
[0019]圖中深色實(shí)線(實(shí)質(zhì)審查參考圖2為黑色)是沒有操控布居轉(zhuǎn)移的吸收譜，淺色實(shí)線(實(shí)質(zhì)審查參考圖2為紅色)是采用速度選擇技術(shù)操控原子布居轉(zhuǎn)移后的吸收譜，可以看出原子布居數(shù)被高效的操控了。
[0020]圖3是速度選擇技術(shù)操控原子布居轉(zhuǎn)移光譜圖。
[0021]圖中飽和吸收光譜用于標(biāo)定原子能級位置。
[0022]速度選擇技術(shù)操控原子布居轉(zhuǎn)移光譜圖具有類光梳結(jié)構(gòu)，能級躍迀譜線間距為光學(xué)頻率梳重復(fù)頻率。
【具體實(shí)施方式】
[0023]—種基于速度選擇技術(shù)操控原子布居轉(zhuǎn)移的裝置，包括飛秒光學(xué)頻率梳1、順次位于飛秒光學(xué)頻率梳I出射光路上的激光隔離器2、第三全反射鏡3和第四全反射鏡4，第四全反射鏡4的反射光路上順次設(shè)有濾光片10、凸透鏡11以及內(nèi)充堿金屬原子蒸氣的原子蒸汽泡13;經(jīng)凸透鏡11聚焦后的激光在穿過原子蒸汽泡13后的光路上設(shè)有吸光片14;還包括半導(dǎo)體激光器6、順次位于半導(dǎo)體激光器6出射光路上的第一全反射鏡7、第一四分之一波片8和第一偏振分束棱鏡9;第一偏振分束棱鏡9的透射光路上設(shè)有第二全反射鏡5;所述第二全反射鏡5的反射光路穿過原子蒸汽泡13且在穿過原子蒸汽泡13后的光路上設(shè)有第五全反射鏡15，第五全反射鏡15的反射光路上順次設(shè)有第二四分之一波片16和第二偏振分束棱鏡17，第二偏振分束棱鏡17的透射光路上設(shè)有光電探測器18;光電探測器18的信號輸出端連接有示波器20;所述第二反射鏡5的反射光路與經(jīng)凸透鏡11匯聚后的激光在原子蒸汽泡13內(nèi)盡可能多的重合。
[0024]還包括一個(gè)其上開有入射端口和出射端口的磁屏蔽罩12;所述原子蒸汽泡13置于磁屏蔽罩12內(nèi)；所述飛秒光學(xué)頻率梳I出射的激光在經(jīng)過第三全反射鏡3和第四全反射鏡4準(zhǔn)直以及濾光片10與凸透鏡11聚焦后由入射端口進(jìn)入磁屏蔽罩12且穿過原子蒸汽泡13，之后由磁屏蔽罩12的出射端口出射并被吸光片14吸收;所述半導(dǎo)體激光器6出射的連續(xù)激光經(jīng)第一全反射鏡7反射后穿過第一四分之一波片8、第一偏振分束棱鏡9并由第二全反射鏡5反射經(jīng)入射端口進(jìn)入磁屏蔽罩12且穿過原子蒸汽泡13并由磁屏蔽罩12的出射端口出射。
[0025]還包括一個(gè)腔體21;所述半導(dǎo)體激光器6、第一全反射鏡7、第一四分之一波片8、第一偏振分束棱鏡9、第二全反射鏡5、磁屏蔽罩12、原子蒸汽泡13、第五全反射鏡15、光電探測器18、示波器20、飛秒光學(xué)頻率梳1、激光隔離器2、第三全反射鏡3、第四全反射鏡4、濾光片10、凸透鏡11、吸光片14均設(shè)于腔體21內(nèi)；光電探測器18的信號輸出端通過BNC線19與示波器20連接。
[0026]所述第一全反射鏡7、第二全反射鏡5、第三全反射鏡3、第四全反射鏡4、第五全反射鏡15均為寬帶介質(zhì)膜全反射鏡;濾光片10為帶寬20nm的寬帶濾光片;所述第一偏振分束棱鏡9與第二偏振分束棱鏡17的通光帶寬為300-900nm;所述第一四分之一波片8與第二四分之一波片16通光帶寬為300-900nm;所述凸透鏡11采用直徑為50mm、焦距為lm、帶寬為350-900 nm的凸透鏡；飛秒光學(xué)頻率梳I為Menlo System公司生產(chǎn)的型號為FC1500，重復(fù)頻率為250MHz，輸出的寬帶光譜為(300-1000nm)可以通過掃描重復(fù)頻率來掃描輸出的寬帶光譜頻率，所述半導(dǎo)體激光器6為Toptica公司生產(chǎn)的DLpro。
[0027]一種基于速度選擇技術(shù)操控原子布居轉(zhuǎn)移的方法，包括如下步驟:半導(dǎo)體激光器6輸出的連續(xù)激光被第一全反射鏡7反射后透過第一四分之一波片8入射到第一偏振分束棱鏡9，經(jīng)第一偏振分束棱鏡9透射的激光經(jīng)第二全反射鏡5反射后穿過原子蒸汽泡13，穿過原子蒸汽泡13的激光經(jīng)第五全反射鏡15反射后穿過第二四分之一波片16與第二偏振分束棱鏡17后被光電探測器18探測，探測到的光信號轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電信號后輸入到