镱原子中里德伯跃迁的双光子无多普勒光谱学用于量子传感

《Physical Review A》：Two-photon Doppler-free spectroscopy of the Rydberg transition for quantum sensing in ytterbium

　　

在此，我们报告了镱（Yb）中双光子 6s21S?→6s23s1S? 跃迁的原子结构计算与实验观测结果。镱独特的能级结构使 6s6p1P? 态的能量位于电离能的约 49.7% 处，这使得能够以相对较低的光强，从 6s21S? 基态通过双光子无多普勒效应激发至 6s23s1S? 里德伯态。这种 J=0→J=0 跃迁不受一阶塞曼位移和电四极位移的影响，对高阶塞曼位移的敏感度降低，并且预测其对密度位移的敏感度也相对较低。利用组态相互作用理论，我们计算了 6s23s1S? 里德伯态用于传感的相关性质，包括 C6 系数、直流极化率、黑体辐射（BBR）位移以及 BBR 退布居率。作为实验的第一步，我们演示了 6s21S?→6s23s1S? 跃迁的双光子无多普勒光谱学。根据我们的实验光谱，我们估计 6s23s1S? 态的自然线宽（寿命）为 90 kHz（1.8 μs）。我们认为，该跃迁或镱中其他 n≈23 的 6s21S?→6s n s1S? 跃迁，可能应用于多种传感领域，潜在应用包括双光子时钟、静电计或 BBR 温度计。