利用囚禁离子在空间分辨率基本极限下表征光场
原子物理
2025-11-18 v2 量子物理
摘要
能够产生具有亚波长空间特征光场的光学系统已成为科学与工程研究及工业中的标准配置。相关例子包括基于原子和离子的量子计算机以及光学光刻装置。迄今为止，尚无工具能够在亚波长尺度上表征此类光场的强度和偏振。我们使用单个被囚禁的原子离子，将其限制在约 40 nm X 40 nm X 180 nm 的空间范围内，来感知波长为 370 nm 的激光光场。由于其空间范围小于共振探测器的吸收截面，该离子传感器工作在空间分辨率的基本极限下。我们的技术依赖于建立离子-光相互作用的解析模型，并利用该模型提取强度和偏振。本工作提供的另一个重要见解是，该模型的逆过程可以在受限意义上通过深度神经网络学习，从而将强度和偏振的读出速度提高五个数量级。这种加速使得该技术能够现场部署，通过在亚波长尺度探测光来表征光学仪器。
引用
@article{arxiv.2509.07214,
title = {Optical field characterization at the fundamental limit of spatial resolution with a trapped ion},
author = {Nikhil Kotibhaskar and Sainath Motlakunta and Anthony Vogliano and Lewis Hahn and Rajibul Islam},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.07214},
year = {2025}
}