电磁诱导透明中相干噪声现象的研究

电磁诱导透明现象(EIT) 是原子分子和光学物理中很多研究分支的基础，如原子钟，磁场计，谐振非线性光学，量子信息的光存储，量子光学等。原子与激光相互作用产生的由相位噪声转化而来的强度噪声是制约很多EIT系统性能的主要因素之一， 因此深入研究EIT的噪声现象具有重要的科学意义和实用价值。当前对EIT噪声尤其是相干噪声的研究刚刚起步，还有很多基本问题有待回答。本申请项目以申请人最近在该领域的理论和实验研究为基础，进一步研究强度互关联谱和总强度噪声谱的基本物理特性，并探索其在量子光学和精密测量中的应用。我们拟用铷原子蒸气室和合适的宽带激光源（垂直腔表面激光器和相位调制激光），结合噪声分析进行实验研究， 同时辅助以解析理论模型和数值计算，其目标是揭示噪声谱中相干特性的物理本质， 找到更有效的观测相干噪声的实验手段, 并在此基础上，设计基于噪声测量的宽带磁场计.

具有窄线宽的原子光谱技术是原子物理学的一个重要课题，如何获得亚内禀线宽一直是精密测量领域的一个挑战。目前仅有一种能获得亚自然线宽的光谱方法，那就是Ramsey方法，通过泵浦、等待、探测的光序列，并使等待时间长于原子态的平均寿命，可以获得亚自然线宽的Ramsey条纹。本项目意图通过研究激光和原子相互作用后的噪声特性变化，提出一种新的亚内禀线宽的机制。通过电磁诱导透明中的原子相干性，并以两个光场起伏之间的互关联度为观测量，我们实验实现了比内禀线宽窄30多倍的谱线线宽。我们还发现用激光器内在的随机相位噪声也可以实现亚内禀线宽。为了探索本方法的广泛适用性，我们在一个可以用于原子钟体系的超精细结构能级中也实现了亚内禀线宽，最近在镀膜的蒸气池中使用这种方法也实现了1Hz的线宽。本方法物理原理和实验方案比较简单，可以在包括原子，分子和固态自旋等多种体系中实现，因此预期在激光光谱，精密测量，基于谐振谱的成像和传感等领域获得广泛应用。