基于囚禁冷离子的杨氏双缝干涉实验研究

囚禁在离子阱中冷却的超冷离子是一个非常理想的孤立物理系统，同时囚禁的离子可以由微波和激光精确操纵。本项目以线形阱囚禁的冷离子作为研究平台，对杨氏双缝干涉进行实验验证。将两个囚禁离子冷却到Lamb-Dicke区作为点光源，实现杨氏双缝干涉实验，研究多普勒冷却极限下离子自发辐射荧光的相干性；在实验上展现量子Zeno效应对自发辐射荧光干涉条纹的调控。本项目着眼于理论结合实验进行，不仅在新的物理体系上对杨氏双缝干涉实验进行验证，同时从理论上对实验结果进行分析，深入研究离子自发辐射荧光干涉条纹消失的物理机制。

基于囚禁在离子阱中的超冷离子，大量经典或量子物理效应得到验证，同时一些新的物理过程得以发现。本项目采用射频-光子关联技术实现了囚禁40Ca+离子三维微运动精确补偿，通过激光Doppler冷却将囚禁的离子冷却到Lamb-Dick区，通过激发40Ca+离子4S1/2(m = 1/2)→3D5/2(m = −1/2)载波跃迁精确测量激光Doppler冷却后离子轴向运动的声子数，并实现了两个离子空间位置的精确操纵。通过激光激发离子电四极矩4S1/2-3D3/2跃迁的方式，实现了无本底光噪声的荧光探测。在此基础上，完成了单个离子的边带冷却，将囚禁的离子冷却到量子振动基态，其平均振动量子数约为0.056。与此同时，开展了囚禁离子非线性动力学研究，实现囚禁离子非线性Duffing振动，以及不同维度非线性振子之间的耦合，并研究了声子激光在不同振动维度上的耦合输出过程。