對于原子的研究是人類歷史上最杰出的科學(xué)探索之一。Niels Bohr 和 Ernest Rutherford 等早期物理學(xué)家在 20 世紀(jì)初開始揭開原子的奧秘，為現(xiàn)代原子物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)。Rutherford 在原子核結(jié)構(gòu)方面的開創(chuàng)性工作，以及 Bohr 解釋電子軌道的模型，是人類研究原子運動的重要技術(shù)里程碑。隨著研究手段的進步，對于操縱和研究原子粒子的精度也不斷提高。

在當(dāng)代物理學(xué)中，得益于離子捕獲和物質(zhì)波干涉等先進技術(shù)的發(fā)展，使科學(xué)家能夠以超高的精度控制和測量原子粒子，為量子力學(xué)和應(yīng)用技術(shù)開辟了新的可能性。這些尖端實驗的核心是先進的激光器，在操縱原子狀態(tài)、實現(xiàn)原子精確測量，以及分子鑷應(yīng)用方面，激光發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

使用 Coherent Paladin 激光器開發(fā)先進陀螺儀

Coherent Paladin 激光器，是離子捕獲領(lǐng)域不可或缺的部分。Paladin 激光器能產(chǎn)生超快、高功率的激光脈沖，研究人員利用激光能夠創(chuàng)造和操縱離子的疊加態(tài)，從而實現(xiàn)量子力學(xué)的突破性實驗。其獨特的性能使其成為驅(qū)動離子躍遷的理想光源，這對于物質(zhì)波干涉的研究和先進陀螺儀的開發(fā)至關(guān)重要。

考慮到激光功率、脈寬、波長和重復(fù)頻率等參數(shù)，除了Paladin外，我找不到任何其他適合我的研究的激光器。

—— Takashi Mukiyama 博士，東京工業(yè)大學(xué)教授

東京工業(yè)大學(xué)的 Takashi Mukaiyama 博士是一位擁有 20 多年經(jīng)驗的實驗原子物理學(xué)家。目前，Mukaiyama 博士正在利用量子傳感技術(shù)開發(fā)高精度、緊湊的分子陀螺儀。利用 Paladin 激光器的先進激光技術(shù)，Mukaiyama 博士將電場捕獲的離子操縱成多維疊加狀態(tài)，從而使它能夠通過干涉現(xiàn)象，以前所未有的精度和準(zhǔn)確度測量旋轉(zhuǎn)運動。

Takashi Mukaiyama 博士（左）和 Ryoichi Saito 博士（右）在東京工業(yè)大學(xué)開始離子捕獲實驗之前校準(zhǔn) Paladin 激光器。

在 Mukaiyama 博士的論文《捕獲單離子的三維物質(zhì)波干涉法》中，他演示了捕獲的 171Yb+ 離子進行三維物質(zhì)波干涉，并通過Paladin 激光器鎖模脈沖實現(xiàn)了對其運動的精確控制。1

該激光用于通過受激拉曼躍遷方法來操縱離子的運動，從而能夠創(chuàng)建干涉測量所必需的疊加態(tài)。在勢阱周期的整數(shù)倍數(shù)處觀察到了非常明顯的干涉，驗證了三維運動和理論分析。該研究揭示了基于離子運動的量子傳感應(yīng)用的潛力，其中激光的精度對于實現(xiàn)這些結(jié)果起著至關(guān)重要的作用。此外，Paladin 激光器專為工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用而設(shè)計，每天可確保持續(xù)穩(wěn)定運行。

超快 Paladin 激光器非常適合量子傳感研究

Mukaiyama 博士強調(diào)了激光器在他的研究所發(fā)揮的關(guān)鍵作用，他強調(diào) Paladin 激光器能夠以高重復(fù)頻率（120 MHz）提供超快脈沖（15 ps），確保精確的離子態(tài)轉(zhuǎn)變和最小的能級躍遷。Mukaiyama 博士指出“激光必須具備高功率，同時還需要窄脈寬。”

Paladin 激光器的波長為 355 nm，非常適合驅(qū)動特定的量子態(tài)躍遷，這對于精確的干涉測量至關(guān)重要，大大增強了陀螺儀技術(shù)的潛在應(yīng)用。激光器對于幫助 Mukaiyama 博士實現(xiàn)他的研究目標(biāo)至關(guān)重要，其優(yōu)秀的穩(wěn)定性和可靠性，以及與離子阱裝置的兼容性，是達到實驗高精度和可重復(fù)性不可或缺的工具。

Mukaiyama 博士在離子捕獲和物質(zhì)波干涉方面的創(chuàng)新方法，標(biāo)志著量子陀螺儀發(fā)展的重大飛躍。他使用的 Coherent Paladin 激光器展示了其最先進的工程和設(shè)計，推動了 Mukaiyama 博士的研究。

“考慮到激光功率、脈寬、波長和重復(fù)頻率等參數(shù)，除了Paladin外，我找不到任何其他適合我的研究的激光器。”

在 Paladin 激光器的幫助下，Mukaiyama 博士正在加深我們對離子空間和時間的理解。

參考文獻：

1. Shinjo, A.、Baba, M.、Higashiyama, K.、Saito、R. Mukaiyama、T. 捕獲單離子的三維物質(zhì)波干涉測量法。Phys. Rev. Lett. 126, 153604 (2021)。

來源：Coherent高意激光

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