論文の概要: Optical pumping simulations and optical Rabi frequency measurements in $^{151}\mathrm{Eu}^{3+}\!:\mathrm{Y}_2\mathrm{SiO}_5$ under magnetic field

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.05140v1
• Date: Mon, 07 Jul 2025 15:51:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-08 15:46:35.494515
• Title: Optical pumping simulations and optical Rabi frequency measurements in $^{151}\mathrm{Eu}^{3+}\!:\mathrm{Y}_2\mathrm{SiO}_5$ under magnetic field
• Title（参考訳）: 磁場下での$^{151}\mathrm{Eu}^{3+}\!:\mathrm{Y}_2\mathrm{SiO}_5$の光ポンピングシミュレーションと光学ラビ周波数測定
• Authors: Jingjing Chen, Mikael Afzelius,
• Abstract要約: 本研究では,磁場印加による151mathrmEu3+!:mathrmYmathrmSiO_5$について検討する。 単一周波数のイオンを分離できる光ポンピング方式の効果を計算するための簡単な数値シミュレータを提案する。 我々は、36の可能な光-超微細遷移のうち21の遷移の光学ラビ周波数を測定し、6x6分岐比行列の構築を可能にした。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.617171327458585
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Europium-doped crystal $\mathrm{Y}_2\mathrm{SiO}_5$ is an interesting platform for optical quantum memories, due to its long optical and spin coherence times. In this work, we investigate $^{151}\mathrm{Eu}^{3+}\!:\mathrm{Y}_2\mathrm{SiO}_5$ under the application of magnetic field, a complex system with 36 different optical-hyperfine transitions. We present a simple numerical simulator for calculating the effect of optical pumping schemes that allow the isolation of a single frequency class of ions, applicable to any multi-level atom with inhomogeneous broadening. Experimentally, we develop methodologies for estimating the magnetic field vector, demonstrating high precision in predicting spectral features based on the known spin Hamiltonians. We measured the optical Rabi frequency of 21 transitions among the 36 possible optical-hyperfine transitions, allowing for the construction of a 6x6 branching ratio matrix of relative transition strengths. From the Rabi frequency measurements, we derive the optical dipole moment for the $^7\!F_0 \leftrightarrow {}^5\!D_0$ transition, yielding a value of $(6.94 \pm 0.09) \times 10^{-33}~\mathrm{C} \cdot \mathrm{m}$. Our results provide a critical test of the spin Hamiltonian models, demonstrating high precision in predicting energy levels and relative transition strengths, which are key abilities for quantum applications with $^{151}\mathrm{Eu}^{3+}\!:\mathrm{Y}_2\mathrm{SiO}_5$ under magnetic field.
• Abstract（参考訳）: エウロピウムをドープした結晶$\mathrm{Y}_2\mathrm{SiO}_5$は、長い光とスピンのコヒーレンス時間のために、光量子メモリの興味深いプラットフォームである。 本研究では,$^{151}\mathrm{Eu}^{3+}\! 磁場(36の異なる光-超微細遷移を持つ複素系)の応用のもと、 :\mathrm{Y}_2\mathrm{SiO}_5$。 非均一な膨張を有する任意の多層原子に適用可能な単一周波数のイオンを分離できる光ポンピング方式の効果を計算するための簡単な数値シミュレータを提案する。 本研究では、磁場ベクトルを推定する手法を開発し、既知のスピンハミルトニアンに基づくスペクトル特性の高精度な予測法を開発した。 我々は、36の可能な光-超微細遷移のうち21の遷移の光学ラビ周波数を測定し、相対遷移強度の6x6分岐比行列の構築を可能にした。 Rabiの周波数測定から、$^7\!の光双極子モーメントを導出する。 F_0 \leftrightarrow {}^5\! D_0$遷移は、$(6.94 \pm 0.09) \times 10^{-33}~\mathrm{C} \cdot \mathrm{m}$となる。 この結果はスピンハミルトニアンモデルの臨界テストであり、エネルギーレベルと相対遷移強度の予測において高い精度を示し、$^{151}\mathrm{Eu}^{3+}\! :\mathrm{Y}_2\mathrm{SiO}_5$の磁場下で。

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