新技术让激光束在真空中变得“清晰可见”

为了进行量子实验，需要将单个原子精确地输送到正确的位置。波恩大学应用物理研究所的研究负责人 AndreaAlberti说：“我们利用激光束——光传送带，来实现这一目标的”。

▲实验装置图，中间是真空单元和嵌入其中的物镜。四束激光中的两束被画出。图中所示为两个原子的荧光图像。来源：波恩大学StefanBrakhane。

这条光传送带包含无数个“口袋”，每个口袋可以容纳一个原子。这些口袋可以随意前后移动，允许原子被运送到空间的特定位置。为了将原子向不同的方向移动，通常需要许多这样的激光传送带。要使该过程可控，传送带的所有口袋必须具有相同的形状和深度。

该研究的主要作者 GautamRamola说：“为了确保这种均匀性，激光必须以微米精度重叠，可以把这想象成你不得不从足球场的看台上瞄准一个激光指示器来击中开球点上的一颗豆子，但这还不是最难的，实际上必须蒙着眼睛去做一切。”

量子实验需要在近乎完美的真空中进行，但是在真空中激光束是不可见的。因此，研究小组利用原子本身来测量激光束的传播。Alberti说： “为此，我们以一种特有的方式改变了激光——我们也称之为椭圆偏振（ellipticalpolarization）。当原子被以这种方式制备的激光束照射时，它们会发生反应，以一种独特的方式改变自身状态。这些变化可以以非常高的精度测量。在这种情况下， 每个原子都是一个记录光束强度的小传感器。通过检查不同位置的数千个原子，我们可以将光束的位置确定在千分之几毫米以内。通常来说，这样的调整通常需要几个星期才能完成，而且还不能保证达到了最佳状态。但是按照我们的流程，我们 只需要一天左右的时间就可以高效完成。”

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