里德堡原子是指核外電子被激發(fā)到主量子數(shù)n很高的能態(tài)（一般n>10）的原子，具有極大的電偶極矩和相對(duì)較長(zhǎng)的壽命，在量子計(jì)算和量子傳感等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。如基于里德堡原子的電磁波探測(cè)具有可溯源、靈敏度高等特點(diǎn)，可應(yīng)用于微波電場(chǎng)計(jì)量、太赫茲成像等方面。

      在此背景下，近期國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了《量子精密測(cè)量中里德堡原子制備方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)范了里德堡原子的三種制備方法，包括：

1.單光子吸收法里德堡原子制備實(shí)施方案

      該制備方法使用的激光器波長(zhǎng)大多處于紫光和紫外波段(銣原子-297 nm,銫原子-319 nm)，激光器線寬≤100 kHz、功率≥1 mW。

      將激光器頻率精確鎖定在基態(tài)至里德堡態(tài)6S_（1/2）→nP_{（1/2，3/2）}躍遷頻率，調(diào)節(jié)激光的偏振、輸出功率等參數(shù)，使光束聚焦作用于基態(tài)原子，當(dāng)原子吸收一個(gè)光子能量hv等于基態(tài)與里德堡態(tài)的能級(jí)差ΔE，則實(shí)現(xiàn)了里德堡原子的制備。

2.雙光子吸收法里德堡原子制備實(shí)施方案

       該制備方法需要兩臺(tái)激光器，一臺(tái)激光波長(zhǎng)范圍在780 nm(銣原子)或852 nm(銫原子)，用于操控原子從基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)躍遷，線寬≤100 kHz，功率≥10 uW，可以通過原子飽和吸收光譜將激光頻率精確鎖定；另一臺(tái)激光波長(zhǎng)范圍為478~488nm(銣原子)或508~518nm(銫原子)，操控原子從第一激發(fā)態(tài)至里德堡態(tài)躍遷，線寬≤100kHz，功率≥30mW，可以利用原子電磁誘導(dǎo)透明吸收光譜或光學(xué)超穩(wěn)腔鎖定激光頻率。

      將兩臺(tái)激光器頻率精確鎖定后，使兩束激光同時(shí)作用于原子，調(diào)節(jié)激光偏振功率、光斑大小等參數(shù)，當(dāng)基態(tài)原子吸收兩個(gè)不同能量的光子，借助中間態(tài)躍遷至里德堡態(tài)(如6S_（1/2）→6P_{（1/2，3/2）}→nS_（1/2），nD_{（3/2，5/2）})。

3.三光子吸收法里德堡原子制備實(shí)施方案

      該制備方法需要三臺(tái)激光器，完成從基態(tài)通過兩個(gè)中間態(tài)再到里德堡態(tài)的躍遷，銣原子(5S_(1/2)→5P_(1/2,3/2)→nD_(3/2,5/2)→nP_(1/2,3/2)/nF)可采用波長(zhǎng)分別為780nm、785±15 nm和1375±125 nm的激光進(jìn)行激發(fā)制備。銫原子(6S_（1/2）→6P_(1/2,3/2)

→nS_（1/2）→nP_(1/2,3/2))可采用波長(zhǎng)分別為 852nm、1425±75 nm和850±50 nm的激光來實(shí)現(xiàn)。

      將三臺(tái)激光器頻率分別精確鎖定，使三束激光同時(shí)作用于原子，調(diào)節(jié)激光偏振功率、光斑大小等參數(shù)，當(dāng)基態(tài)原子吸收三個(gè)不同能量的光子，借助兩個(gè)中間態(tài)躍遷至里德堡態(tài)。

      該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)規(guī)范了檢驗(yàn)里德堡原子制備的指標(biāo)：原子數(shù)量、原子密度、光學(xué)厚度以及里德堡態(tài)的保真度，并指出可以通過吸收光譜法、熒光探測(cè)法和選擇場(chǎng)電離法進(jìn)行探測(cè)，從而驗(yàn)證里德堡原子是否制備成功。

      該國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，對(duì)里德堡原子在量子精密測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要推動(dòng)作用及指導(dǎo)意義，也為里德堡原子在微波計(jì)量、太赫茲成像、通信雷達(dá)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

      天之衡量子科技專業(yè)提供里德堡原子制備及應(yīng)用所需設(shè)備。