激光束在真空是不可見的，但是德國波恩大學(xué)的物理學(xué)家們實(shí)現(xiàn)了激光束在真空下可見，利用拉姆齊成像技術(shù)完成這項(xiàng)工作。
該研究成果將有利于高精度的激光束對(duì)齊，從而實(shí)現(xiàn)激光對(duì)單原子的高精度捕獲及操縱，為實(shí)現(xiàn)基于原子的量子計(jì)算和其他量子技術(shù)提供關(guān)鍵的支持。
光鑷即聚焦激光束形成的勢(shì)能阱，被用于將單個(gè)粒子限制在光阱中?？v橫交錯(cuò)的聚焦光束能夠產(chǎn)生多個(gè)勢(shì)能阱，并通過移動(dòng)勢(shì)能阱的位置，將粒子運(yùn)送到空間的特定位置。
然而，隨著粒子數(shù)量增加，位置靠近的粒子具有相互作用。為了控制這個(gè)過程，所有的勢(shì)能阱必須有相同的形狀和深度，即均勻的勢(shì)能阱。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，多激光束必須以微米級(jí)的精度重疊。高度均勻的光學(xué)阱對(duì)基于原子的技術(shù)特別重要，如光學(xué)晶格鐘、陷落原子干涉儀、量子計(jì)算和量子模擬器。
然而，為了保持原子的量子狀態(tài)，這些技術(shù)是在真空下運(yùn)行的，因此用于觀察激光的散射光很微弱。
本研究中，研究人員使用原子本身來檢測(cè)光束如何傳播，克服了這個(gè)問題。這項(xiàng)技術(shù)被稱為拉姆齊相位跟蹤，它通過探測(cè)原子的超精細(xì)分裂來發(fā)揮作用。
由于原子核的磁矩和電子的軌道運(yùn)動(dòng)之間的相互作用，原子的能級(jí)發(fā)生了變化。拉姆齊信號(hào)就是這種超細(xì)分裂在橢圓偏振激光束的存在下的變化信息。
在這種情況下，每個(gè)原子都作為一個(gè)小型的，記錄光束強(qiáng)度的傳感器。通過不同位置的數(shù)千個(gè)原子提供的信息，光束的位置可以被精確到千分之一毫米以下。
實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用拉姆齊相位跟蹤調(diào)整四束激光束，使它們?cè)谒璧奈恢蒙蠝?zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)。使用傳統(tǒng)技術(shù)，這樣的操作耗時(shí)大約需要一周，且無法保證對(duì)準(zhǔn)結(jié)果。
本實(shí)驗(yàn)表明，新技術(shù)只需要大約一天的時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)激光對(duì)準(zhǔn)。
最后，研究人員對(duì)銫原子的光學(xué)陷阱進(jìn)行了測(cè)量，但該技術(shù)也將適用于其他堿金屬原子，以及周期表中的磁性鑭系元素。另外，該方法還可以實(shí)現(xiàn)具有不同幾何形狀的光學(xué)阱，包括“平面”和”空心”阱。
