钟原子集体中的自组织、制冷与激光

活跃式原子钟被预测在短期稳定性和抗热力学波动方面远优于典型的反馈式光学原子钟。然而，使用钟原子集体实现连续激光操作仍然在实验上具有挑战性。我们研究了在光学腔内对横向驱动的钟原子集体的空间自组织及腔内的相干光发射。我们关注 emitted light 的谱特性，在原子狭线宽 regime 下，提供频率稳定性的相干性存储于原子偶极子而非腔场。原子通过沿腔轴以及泵浦方向的横向驰荡波相互作用式驱动，允许原子沿腔轴和泵浦方向运动。为处理更大的原子数目，我们采用二阶积累展开法，以计算腔光场的谱线。我们识别了自组织阈值，原子在棋盘格模式下对齐，从而最大化光散射进入腔中，同时引发制冷。对于更大的驱动强度，更多原子被转化到激发态，制冷减少但激发原子的光发射增加。这可以通过位于原子频率上、被偏移一个四分之一波长的第二个腔模来增强。对于足够大的原子数，我们观察到接近裸原子跃迁频率的激光样发射。