一种用于冷原子气体快速射频谱学的高效大电流电路

我们设计并实现了一种低阻抗、大电流的射频(RF)电路，能够在冷碱金属原子样品中实现磁能级间的快速相干耦合。它基于一个紧凑的形状优化线圈，该线圈最大化了 RF 场与原子磁偶极子的耦合，以及同轴传输线变压器，其将线圈中产生磁场的电流在 $100\,$W RF 驱动下提升约 $\sim\,4$ 倍至约 $7.5\,$A。这使得在原子样品位置获得约 $0.035\,\text{G}/\sqrt{\text{W}}$ 的 RF 耦合场。该系统稳健且通用，因为它在不牺牲可用光学通路的情况下产生大 RF 场，并且其中心谐振频率可原位调节。我们的方案提供了一种经济高效、可靠的解决方案，得益于其对称布局，对周围电子设备干扰可忽略。我们使用约 $82\,$MHz 频率下最大 $80\,$W 的 RF 功率测试了该电路性能，对应于在 $770\,$G 偏置磁场下 ${}^6$Li 两个最低态之间测得的 Rabi 频率 $\Omega_R/2\pi \simeq 18.5\,$kHz，即约 $27\,\mu$s 的 $\pi$ 脉冲时长。我们的解决方案可轻易适配其他原子种类和真空腔设计，以期冷原子实验日益模块化。