Phys. Rev. Applied | 真空下的“可见“激光束

通常来说，激光束在真空是不可见的，但是，德国波恩大学的物理学家们实现了真空下“可见的”激光。他们利用了拉姆齐成像技术完成这项工作，该研究成果将有利于高精度的激光束对齐，从而实现激光对单原子的高精度捕获及操纵，为实现基于原子的量子计算和其他量子技术提供关键的支持。

光镊，即聚焦激光束形成的势能阱，被用于将单个粒子限制在光阱中。纵横交错的聚焦光束能够产生多个势能阱，并通过移动势能阱的位置，将粒子运送到空间的特定位置。然而，随着粒子数量增加，位置靠近的粒子具有相互作用。为了控制这个过程，所有的势能阱必须有相同的形状和深度，即均匀的势能阱。为了实现这一点，多激光束必须以微米级的精度重叠。

高度均匀的光学阱对基于原子的技术特别重要，如光学晶格钟、陷落原子干涉仪、量子计算和量子模拟器。然而，为了保持原子的量子状态，这些技术是在真空下运行的，因此用于观察激光的散射光很微弱。

拉姆齐相位跟踪

波恩大学应用物理研究所的研究负责人Andrea Alberti

本研究中，研究人员使用原子本身来检测光束如何传播，克服了这个问题。这项技术被称为拉姆齐相位跟踪，它通过探测原子的超精细分裂来发挥作用。由于原子核的磁矩和电子的轨道运动之间的相互作用，原子的能级发生了变化。拉姆齐信号就是这种超细分裂在椭圆偏振激光束的存在下的变化信息。

在这种情况下，每个原子都作为一个小型的，记录光束强度的传感器。通过不同位置的数千个原子提供的信息，光束的位置可以被精确到千分之一毫米以下。

微光镊捕获纳米物体

实验中，研究人员利用拉姆齐相位跟踪调整四束激光束，使它们在所需的位置上准确地对准。使用传统技术，这样的操作耗时大约需要一周，且无法保证对准结果。本实验表明，新技术只需要大约一天的时间就能实现激光对准。

最后，研究人员对铯原子的光学陷阱进行了测量，但该技术也将适用于其他碱金属原子，以及周期表中的磁性镧系元素。另外，该方法还可以实现具有不同几何形状的光学阱，包括“平面"和"空心"阱。