用于推进量子磁测量的循环多程碱金属池中的自旋关联

多通池是多种量子技术(包括原子磁力计和光学量子存储器)中的关键部件,其优势在于能在紧凑空间内实现长光程。在光学磁力测量中,通过多通几何结构增加光程深度可降低光子散粒噪声并实现量子非破坏(QND)检测,从而提升灵敏度。该研究团队提出了一种新型循环式多通碱金属气室,其活性区体积比更优且光斑重叠最小化,有效解决了传统圆柱形赫里奥特腔设计中固有的自旋噪声限制问题。研究人员基于ABCD矩阵法开发并验证了预测光斑位置、尺寸和像散效应的分析模型,其结果通过Zemax仿真得到印证。此外,该工作首次建立了分析多通碱金属气室中自旋关联噪声的通用模型,纳入了现有模型未涵盖的像散效应和空间强度分布特征。通过推导自旋噪声时间关联函数及频谱,研究者揭示了功率强度分布如何影响自旋扩散噪声。分析表明,循环式气室具有更均匀的光束覆盖、更低的光斑重叠和更强的自旋关联特性——尤其在采用长焦距凹面镜时效果更显著。进一步研究发现,避免使用强聚焦的高强度区域能显著抑制自旋扩散噪声。这些成果证明,循环式气室设计为提升原子传感器及其他基于多通腔的量子器件精度提供了切实可行的高性能解决方案。

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