[发明专利]一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置

说明书

一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置，在外腔半导体激光器的选模光栅上粘贴有压电陶瓷，外腔半导体激光器的光出射方向依次设置有λ/2玻片、第一凸透镜、第一格兰—泰勒棱镜、真空腔体、第二格兰—泰勒棱镜、第二凸透镜、第一声光调制器、第二声光调制器、λ/4玻片、第三凸透镜、反射镜，冷原子样品设置于真空腔体内，多通道任意函数或者多通道任意波形发生器输出三组电子学信号E1、E2和E3，电子学信号E1输入压电陶瓷，电子学信号E3输入第一声光调制器，电子学信号E2输入第二声光调制器。本发明通过在光晶格里面给压电陶瓷施加信号仅调制入射光频率的方式实现弗洛凯设计，或者仅通过调制声光调制器反射光频率实现对冷原子样品的弗洛凯设计。

技术领域

本发明属于光学仪器领域，具体涉及到通过频率调制实现对囚禁在光晶格里的冷原子量子参考体系进行弗洛凯设计的装置。

背景技术

目前，将冷原子囚禁在由驻波光场形成的光晶格势阱里可以抑制多普勒频移和光子反冲频移对原子谱线的展宽，具备实现毫赫兹量级原子跃迁谱线的潜力，在量子频标、量子计算、量子模拟和精密测量等领域用着非常重要的应用。弗洛凯设计能够修饰原子的内部能级和布洛赫振动能带结构，广泛运用于量子模拟和量子调控领域，如模拟Hubbard哈密顿量、人工规范场、拓扑光晶格等。弗洛凯设计通过周期调制量子系统参数，使被操控对象感受到周期的扰动。在这种情况下，体系哈密顿量是周期含时的，并可通过弗洛凯定理对体系的波函数进行精确求解。尽管弗洛凯设计已经在许多平台上得到展示，包括超导量子比特和超冷原子等。但在光晶格里面的应用目前仅限于周期驱动晶格反射镜的情况（通过调制晶格光反射镜的压电陶瓷来调制晶格反射光的相位）。即在光晶格里面，传统的弗洛凯设计技术无法通过调制晶格光频率的方式来实现，很难进行多参数调制且调制幅度与晶格反射镜到原子的距离无关（无法利用该特点进行精密测量）。此外，传统的弗洛凯设计无法使调制频率与调制幅度分别独立地操控弗洛凯准粒子携带的能量和数量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足,提供一种调制频率与调制幅度相互独立的，可以更加灵活地设计系统有效哈密顿量的利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置。

解决上述技术问题采用的技术方案是：一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置，在外腔半导体激光器的选模光栅上粘贴有压电陶瓷，外腔半导体激光器的光出射方向依次设置有λ/2玻片、第一凸透镜、第一格兰—泰勒棱镜，第一格兰—泰勒棱镜光出射方向上设置有真空腔体，光晶格俘获的冷原子样品设置于真空腔体内，真空腔体光出射方向上依次设置有第二格兰—泰勒棱镜、第二凸透镜、第一声光调制器、第二声光调制器、λ/4玻片、第三凸透镜、反射镜，多通道任意函数或者多通道任意波形发生器输出三组电子学信号E1、E2和E3，电子学信号E1输入压电陶瓷，电子学信号E3输入第一声光调制器，电子学信号E2输入第二声光调制器。

本发明的第一声光调制器取+1级衍射光，第二声光调制器取-1级衍射光。

本发明的电子学信号E1为频率小于2 kHz的低频信号，器幅值取0～4福特任意值，且采用任意波形，电子学信号E2、电子学信号E3为正弦信号且频率和相位完全一致，分别作为第一声光调制器和第二声光调制器的输入信号。

本发明的电子学信号E2或电子学信号E3的频率调制波形为三角波。

本发明的电子学信号E1为多个正弦信号的叠加，实现对特定弗洛凯边带激发率的操控，当E1分别为0.065Sin(ω_st)+0.345Sin(2ω_st)+0.243Sin(3ω_st)和E1= 0.005Sin(ω_st)+0.005Sin(2ω_st)+0.16Sin(3ω_st)时，可使载波激发率保持一致，同时二阶边带的激发率分别为0和0.17，即单独操控二阶边带激发率。