論文の概要: Self-Ordering, Cooling and Lasing in an Ensemble of Clock Atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.16046v1
• Date: Mon, 22 Jul 2024 20:54:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-24 19:15:20.065206
• Title: Self-Ordering, Cooling and Lasing in an Ensemble of Clock Atoms
• Title（参考訳）: 時計原子の集合体における自己秩序化, 冷却, 洗浄
• Authors: Anna Bychek, Laurin Ostermann, Helmut Ritsch,
• Abstract要約: アクティブ原子時計は、典型的なフィードバックベースの光学原子時計よりも短期的な安定性と熱ゆらぎに対する堅牢性を提供すると予測されている。 光共振器内のクロック原子の逆駆動アンサンブルにおける空間自己組織化とキャビティからのコヒーレント発光について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Active atomic clocks are predicted to provide far better short-term stability and robustness against thermal fluctuations than typical feedback-based optical atomic clocks. However, continuous laser operation using an ensemble of clock atoms still remains an experimentally challenging task. We study spatial self-organization in a transversely driven ensemble of clock atoms inside an optical resonator and coherent light emission from the cavity. We focus on the spectral properties of the emitted light in the narrow atomic linewidth regime, where the phase coherence providing frequency stability is stored in the atomic dipoles rather than the cavity field. The atoms are off-resonantly driven by a standing-wave coherent laser transversely to the cavity axis allowing for atomic motion along the cavity axis as well as along the pump. In order to treat larger atom numbers we employ a second-order cumulant expansion which allows us to calculate the spectrum of the cavity light field. We identify the self-organization threshold where the atoms align themselves in a checkerboard pattern thus maximizing light scattering into the cavity which simultaneously induces cooling. For a larger driving intensity, more atoms are transferred to the excited state, reducing cooling but increasing light emission from the excited atoms. This can be enhanced via a second cavity mode at the atomic frequency spatially shifted by a quarter wavelength. For large enough atom numbers we observe laser-like emission close to the bare atomic transition frequency.
• Abstract（参考訳）: アクティブ原子時計は、典型的なフィードバックベースの光学原子時計よりもはるかに優れた短期安定性と熱ゆらぎに対する堅牢性を提供すると予測されている。 しかし、クロック原子のアンサンブルを用いた連続レーザー操作は、まだ実験的に難しい課題である。 光共振器内のクロック原子の逆駆動アンサンブルにおける空間自己組織化とキャビティからのコヒーレント発光について検討した。 我々は、周波数安定性を提供する位相コヒーレンスをキャビティフィールドではなく原子双極子に格納する狭い原子線幅状態における発光光のスペクトル特性に着目した。 原子は、待機波コヒーレントレーザーによって共振的にキャビティ軸に逆向きに駆動され、キャビティ軸に沿った原子の動きとポンプに沿って動く。 より大きな原子数を扱うために、2階の累積展開を用い、空洞光場のスペクトルを計算する。 我々は、原子がチェッカーボードパターンに整列し、同時に冷却を誘導するキャビティへの光散乱を最大化する自己組織化しきい値を特定する。 より大きな駆動強度のために、より多くの原子が励起状態に移動され、冷却は減少するが、励起原子からの発光が増加する。 これは、原子周波数で4分の1の波長で空間的にシフトした第2キャビティモードによって拡張することができる。 十分に大きな原子数に対して、我々は素原子遷移周波数に近いレーザーのような放出を観測する。

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