中性原子光学单向势垒的实验实现

我们演示了一种针对超冷 $^{87}\text{Rb}$ 原子的非对称光学势垒，使用的是调谐至接近 $D_2$ 光学跃迁的激光。这种单向势垒允许从一侧入射的原子透过，而从另一侧入射的原子被反射，是麦克斯韦妖 (Maxwell's demon) 的一种实现，对于冷却那些不适用于标准激光冷却技术的原子和分子具有重要意义。在我们的实验中，原子被限制在一个远失谐偶极阱中，该阱由单束聚焦高斯光束构成，并在焦点附近被势垒分隔。单向势垒由两束几乎垂直于偶极阱轴线的聚焦激光束组成。第一束光束调谐为相对于 $F=1 \to F'$ ($F=2 \to F'$) 超精细跃迁的红失谐（蓝失谐），因此仅对处于 $F=2$ 基态的原子呈现势垒，而允许 $F=1$ 原子通过。第二束光束在势垒的反射侧将原子泵浦至 $F=2$ 态，从而产生非对称性。