高斯近似下利用光与原子系综的自旋压缩与精密探测

我们考虑一个与连续波激光场相互作用的囚禁原子系综。对于充分极化的原子和极化的光场,我们可以将原子的集体自旋角动量算符的非经典分量以及光场的斯托克斯矢量近似为有效的位置和动量变量,并假设其处于高斯态。在此近似下,我们提出了一种通过对探测光进行偏振旋转测量来实现原子自旋压缩的理论。我们推导出了包含与不包含由原子衰变和光子吸收引入的噪声效应时的压缩解析表达式。该理论易于推广到非均匀光-原子耦合的情况[A. Kuzmich and T.A.B. Kennedy, Phys. Rev. Lett. Vol. 92, 030407 (2004)]。作为一个特例,我们展示了如何通过将气体切片为若干具有小光子吸收概率的部分来为光学厚样品建立该理论。我们对一个实际探测与测量方案的分析表明,决定测量精度的是原子气体被最大压缩的分量。