論文の概要: Exponential enhancement of sensitivity in Ramsey interferometry with optically thick ensemble of atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.13146v1
• Date: Mon, 19 May 2025 14:11:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-20 14:57:11.641684
• Title: Exponential enhancement of sensitivity in Ramsey interferometry with optically thick ensemble of atoms
• Title（参考訳）: 原子の光学的に厚いアンサンブルを用いたラムゼー干渉計における感度の指数的増強
• Authors: S. A. Moiseev, K. I. Gerasimov, M. M. Minnegaliev, I. V. Brekotkin, E. S. Moiseev,
• Abstract要約: 共鳴遷移が不均一に広がる光学的に厚い試料では、バックアクションはラムゼイ共鳴の高度に狭められる可能性がある。 本研究は, 共鳴媒質の非線形高分解能分光法と新世代の固体時計の感度向上の新たな機会を開くものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Ramsey interferometry is a cornerstone technique for precise measurement of time and frequency in modern clocks. The Ramsey experiments are typically done in optically dilute samples of atoms to improve homogeneity and avoid back-action of atoms on excitation pulses. In contrast to later belief, we predict and experimentally show that in optically thick samples with inhomogeneous broadening of resonant transition, the back-action can lead to the highly enhanced narrowing of Ramsey resonance. The linewidth narrowing and corresponding precision of the frequency measurement scale exponentially with an increase in optical depth of a sample and can reach the limits set by homogeneous broadening. We show that this effect is caused by a nonlinear interference of multiple echoes formed inside the atomic medium, which is experimentally confirmed with $^{167}\text{Er}^{3+}$ ions in $\text{Y}_2\text{SiO}_5$ crystal. Our findings open new opportunities for nonlinear high-resolution spectroscopy of resonant media and sensitivity enhancement in a new generation of solid state clocks.
• Abstract（参考訳）: ラムゼー干渉法は、現代の時計の時間と周波数を正確に測定するための基礎技術である。 ラムゼーの実験は通常、均一性を改善し、励起パルスにおける原子のバックアクションを避けるために、光学的に希薄な原子のサンプルで行われる。 後続の信念とは対照的に、共鳴遷移の不均一な拡張を伴う光学的に厚い試料では、バックアクションがラムゼイ共鳴の高度に狭まることを予測し、実験的に示す。 周波数測定スケールの線幅狭化及び対応する精度は、試料の光学的深さの増加とともに指数関数的に増加し、均一な拡張によって設定された限界に達することができる。 この効果は、原子媒質内部に形成された複数のエコーの非線形干渉によって生じるものであり、$\text{Y}_2\text{SiO}_5$結晶中のイオンを$^{167}\text{Er}^{3+} で実験的に確認する。 本研究は, 共鳴媒質の非線形高分解能分光法と新世代の固体時計の感度向上の新たな機会を開くものである。

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