通过多色量子非破坏测量实现原子系综的自旋压缩

我们分析了通过同时与多个光学频率的色散相互作用来产生自旋压缩原子系综。明智地选择光学参数可以优化干涉测量方案，该方案抑制了不均匀的光移，并使干涉仪保持在平衡模式下运行，从而最小化技术噪声。我们表明，当原子与调谐到循环跃迁的双频光相互作用时，自旋压缩度$\xi^2$的标度关系为$\xi^2\sim 1/d$，其中$d$是系综的共振光学深度。在真实碱金属原子中存在损耗通道，标度关系可能更接近$\xi^2\sim 1/\sqrt d$。然而，正如我们通过对Cs D1线非共振探测的定量分析所示，使用双频光在可达到的压缩度方面提供了显著改进。分析了两种替代配置：一种利用空间干涉的Mach-Zehnder干涉仪，以及一种与多频振幅调制光相互作用而不需要空间干涉仪的方案。