教授、博导

       男，理学博士，教授。2005年7月山西大学物理电子工程学院/激光光谱研究所（量子光学与光量子器件国家重点实验室）光学专业博士研究生毕业，获理学博士学位。2005年8月至2007年8月美国国家标准局与美国马里兰大学物理系联合量子研究所博士后，2014年9月至2015年3月在美国马里兰大学和耶鲁大学做高级访问学者。多年来一直从事从事超冷原子分子的制备、探测及外场操控；高灵敏原子、分子光谱；量子信息和量子计算等方面的实验和理论研究。曾主持国家基金5项、省部级基金等多项，发表学术论文 100 余篇，SCI 收录 80余篇，国家发明专利14项。2012年参与的《分子量子体系中的精密光谱与动力学特性研究》获山西省自然科学一等奖（第四获奖人）。

办公地址:光电研究所527室
电子邮箱:zhaoyt@sxu.edu.cn

研究兴趣：

       超冷原子分子的制备、探测及外场操控；高灵敏原子、分子光谱；量子信息和量子计算方面的实验和理论研究；微纳光纤光学。

主要实验平台：

超冷原子分子物理具有极低的温度、较长的相干时间、丰富多样的光、电、磁等操控手段，是开展量子物态调控和量子信息科学研究的极佳平台。本课题组围绕这一主题，建设了“基于纳米光纤的光与原子相互作用”、“基于光镊技术的超冷单原子分子操控”和“基于原子BEC的量子模拟”3个实验平台：

1. 基于纳米光纤的光与原子相互作用

光与原子相互作用是量子光学和原子物理学领域的主要研究内容。通过电磁场实现的原子间相互作用可被广泛用于基础科研和实际应用等各个领域中。这些应用的实现得益于实验系统所具备的几大特性，主要包括光与原子的大耦合效率、原子系综的俘获与操控和电磁场的本征化与操控三方面。光波导为实现这些系统特性提供了一个合适的平台，而光学纳米光纤则是光波导方案中一个极佳的选择。纳米光纤是指由标准单模光纤拉锥到具有厘米级长度，亚微米级直径的锥形光纤。通过纳米光纤，电磁场被强束缚到光纤表面附近形成衰势场，提高了光与原子耦合率，原子间的相互作用通过波导光得以实现，同时原子也能通过衰势场被俘获到纳米光纤表面附近。纳米光纤表面强束缚的电磁波与光晶格俘获的原子阵列产生非线性相互作用，可用于光学二极管、超辐射、量子多体和波前效应等测量。

2.基于纳米光纤的光机械冷却

光与原子相互作用过程中，纳米光纤波导光的相位和偏振稳定性对最终测量具有重要影响，因此对纳米光纤热噪声特性的研究尤为重要，光纤表面强束缚的衰势场则为光机械耦合效应的研究提供了一个理想平台。我们知道线偏振光穿过双折射物体时能够对其产生扭转力，其原理蕴藏在麦克斯韦方程中，被Poynting等人提出并随后在实验上被Beth和Holbourn等人证实，此效应在当代光机械耦合的应用中处于核心地位。一个里程碑式的应用实例是利用光与物体间的动量转移减小了运动物体的机械抖动，也可以称为光机械冷却。

纳米光纤热辐射会引发其产生扭转模式振动，当线性偏振光穿过具有双折射特性的纳米光纤时，会对其产生扭转力，通过光致扭转力的反馈，我们实验上观测到了扭转光机械系统中的冷却现象，实现了光对宏观物体的冷却。

3.基于光镊技术的超冷单原子分子实验平台

基于量子体系中的叠加性和非定域性发展起来的第二次量子技术革命涵盖了量子计算、量子模拟、量子通信及量子传感等技术，可以突破现有信息技术的物理极限，有望引发信息技术颠覆性变革，引领新一轮科技革命和产业变革方向，基础和关键是对单个量子体系（如原子、分子、电子、光子）的独特量子属性进行调控与检测。

因获得2018年诺贝尔奖而为人熟知的光镊技术具有微纳米颗粒的操纵和测量能力，可以实现单个超冷原子分子的制备和内外全量子态操控。拓展的可编辑任意构型光镊阵列可制备超冷原子分子量子比特，用于中性原子分子的量子计算和量子模拟。

超冷极性分子具有丰富的能级结构、固有电偶极矩、长相干时间和可调控的长程偶极——偶极相互作用，是当前原子分子光物理研究热点之一。本实验平台在前期超冷铷铯分子系综体系中获得了振转量子数均为零的超冷铷铯分子，研究了偶极阱俘获的超冷铷铯分子碰撞动力学，使用微波场实现了分子转动量子态的精密测量、相邻量子态的相干操控以及阶梯型量子态的相干光谱等系列工作，目前正建设基于光镊的超冷单原子分子实验装置，发展超冷铷铯单分子、分子阵列的无缺陷制备技术和原位成像技术，实现超冷铷铯分子的数目、内外量子态的全自由度控制，利用分子偶极—偶极相互作用开展量子计算和量子模拟的实验研究。

4.基于原子BEC的量子模拟实验平台

在原子体系中，当系统处于高温时，可以看作是质点系统；在温度足够低时，原子必须用量子力学的波矢概念描述；当原子波矢的大小与原子之间的平均距离可比拟时，波矢将发生重叠，会发生相变，此时所有的玻色子原子都处在系统的基态上，形成纯的BEC，可以用一个波函数进行描述。

超冷原子体系是一个非常简单并且纯净的系统，这个宏观量子体系可以用理论非常完美的描述，另一方面，通过多种手段，可以调节原子间的相互作 用，模拟凝聚态，多体物理中的相互作用等。

量子模拟近年来取得了非常大的成就。例如用光晶格中的超冷原子模拟超导、超流等现象。但是由于原子的电中性，模拟带电粒子在电磁场中的运动行为就很困难。最近几年提出的利用空间变化的光场与原子耦合模拟磁场的新方案改变了这样的困难，掀起了人造规范势和自旋轨道耦合的研究热潮，这些研究为自旋霍尔效应、拓扑绝缘体等现象的量子模拟指出了方向。

我们利用全光学的方法实现87Rb自旋BEC的制备。在蒸发过程中通过施加一定的磁场，将BEC制备到纯的自旋态上。实现BEC的制备后，利用射频线圈、微波喇叭、拉曼跃迁的方式，实现了不同自旋态之间和超精细态之间的跃迁。基于这些调控手段，研究量子气体中的自旋霍尔效应和非厄米体系下的量子关联与调控。

主持项目：

1. 非厄米超冷原子动量晶格体系中的物态模拟，国家科技计划，2022.11.27-2027.11.30

2. 超冷基态碱土极性分子量子态的制备及操控，国家自然科学基金，2022.09.07-2026.12.31

3. 基于里德堡原子光谱特性与隧穿磁阻效应的宽频电磁测量技术研究，研究开发，2021.04.10-2023.12.31

4. 纳米光纤光场中超冷极性分子链制备及量子态的相干操控 ，国家自然科学基金面上，2019.1.1-2022.12.30

5. 微波诱导超冷极性分子的内态转移及其在一维光格子中的纠缠操控，国家自然科学基金面上，2017.1.1-2020.12.30

6. 超冷极性分子的量子信息模拟平台建设，山西省科技厅基础条件平台，2016.6-2018.6

7. 外场作用下超冷极性分子量子态的调控及应用，山西省留学基金，2015.1.1-2017.12.31

8. 超冷极性分子纠缠态的制备及调控，国家自然科学基金面上，2013.1.1-2016.12.31

9. 超冷分子的腔增强吸收光谱及其动力学特性研究，国家自然科学基金，2009.1.1-2011.12.31

10. 超冷原子、分子系统中的冷碰撞及其动力学特性研究，高等学校博士学科点专项科研基金

11. 超冷铯分子的双色光缔合及其基三重态能级常数的研究，山西省回国留学人员科研项目

奖励荣誉：

“山西省自然科学一等奖”（2011 排名第四）

近期代表性的论文:

35. “Narrow laser linewidth measurement with the optimal demodulated Lorentzian spectrum”，Applied Optics，63，1847(2024) （通讯作者）

34. “Optomechanical feedback cooling of a 5 mm long torsional mode”，Photonics Research，11，2179(2023) （通讯作者）

33. “Dynamical beats of short pulses in waveguide QED”，PHYSICAL REVIEW RESEARCH 5， L042041(2023) （通讯作者）

32. “Composite Picosecond Control of Atomic States through a Nanofiber Interface”，PHYSICAL REVIEW APPLIED，20，024041(2023) （通讯作者）

31. “Tunable laser frequency lock based on a temperature-dependent Fabry–Perot etalon”，Applied Optics，61，5381(2022) （通讯作者）

30. “Dark state atoms trapping in a magic-wavelength optical lattice near the nanofiber surface”，Chinese Optics Letters 20(2) ，020201 (2022) （通讯作者）

29. “Torsional optomechanical cooling of a nanofiber”，Photonics Research，10，601(2022) （通讯作者）

28. “Microwave-assisted coherent control of ultracold polar molecules in a ladder-type configuration of rotational states”, Phys. Chem. Chem. Phys., 23, 4271(2021) （通讯作者）

27. “Measurement of the permanent electric dipole moment of ultracold ground state 85Rb133Cs molecules by microwave coherent spectroscopy Optics Express,29,1558(2021) （通讯作者）

26. “Radiative lifetime measurement of ultracold cesium Rydberg states by a simplified optical pumping method”, Applied Optics,60,276(2021) （通讯作者）

25. “Microwave coherent control of ultracold ground-state molecules formed by short-range photoassociation”, Phys.Chem.Chem.Phys., 22, 13002(2020) （通讯作者）

24. “Resonance enhanced two-photon ionization spectrum of ultracold 85 Rb133 Cs molecules in (2)1Π1←X1Ʃ+transitions”, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 34,107215(2020) （通讯作者）

23. “Production of ultracold 85Rb133Cs molecules in the lowest ground state via the B1Π1 short-range state”, J. Chem. Phys. 151, 084303 (2019) （通讯作者）

22. “A simple, low cost and robust method for measurement of the zerocrossing temperature of an ultralow expansion cavity”, J. Phys. D: Appl. Phys., 52, 455104(2019) （通讯作者）

21. “Observation of ladder-type electromagnetically induced transparency with atomic optical lattices near a nanofiber”, New J. Phys., 21,043053(2019) （通讯作者）

20. “Extensive high-resolution photoassociation spectra and perturbation analysis of the 2(0−) long-range state of ultracold RbCs molecules”, PHYSICAL REVIEW A 99, 042513 (2019) （通讯作者）

19. “Non-crossover sub-Doppler DAVLL in selective reflection scheme”, Chin. Phys. B 28, 084211(2019) （通讯作者）

18. “Electromagnetically induced transparency at optical nanofiber–cesium vapor interface”, Chin. Phys. B 28, 124201(2019) （通讯作者）

17. “Absorption saturation measurement using the tapered optical nanofiber in a hot cesium vapor”, CHINESE OPTICS LETTERS, 17(3), 031901(2019) （通讯作者）

16. “Laser frequency stabilization in sub-nanowatt level using nanofibers”, J. Phys. D: Appl. Phys., 51,465001(2018) （通讯作者）

15. “Candidates for direct laser cooling of diatomic molecules with the simplest 1Σ-1Σelectronic system”, PHYSICAL REVIEW A 97, 062501(2018) （通讯作者）

14. “A dynamical process of optically trapped singlet ground state 85Rb133Cs molecules produced via short-range photoassociation”, Phys.Chem.Chem.Phys., 20,4893(2018) （通讯作者）

13. “Microwave spectroscopy measurement of ultracold ground state molecules produced via short-range photoassociation”,OPTICS EXPRESS,26,2341(2018) （通讯作者）

12. “Pump–probe and Four-wave Mixing Spectra Arising from Recoil-induced Resonance in an Operating Cesium Magneto-Optical Trap”, J. Phys. Soc. Jpn., 87, 024301 (2018) （通讯作者）

11. “Rotational Population Measurement of Ultracold 85Rb133Cs Molecules in the Lowest Vibrational Ground State”, CHIN. PHYS. LETT., 34,103301(2017) （通讯作者）

10. “Optical Dipole Trap for Ultracold Atoms Loaded from Dark SPOT”,J. Phys. Soc. Jpn,,85 ,104301(5)(2016)（通讯作者)

9. “Experimental study ofthe(4)0- short-range electronicstate of the 85Rb133Cs molecule by high resolution photoassociation spectroscopy”,J QUANT SPECTROSC & RT , 184,8–13(2016)（通讯作者）

8. “Detection of Ultracold Ground-State Molecules by One- and Two-Color Resonance-Enhanced Two-Photon Ionization”,J. Phys. Soc. Jpn. 85, 084301 (2016)（通讯作者）

7. “Nonlinear selective reflection spectroscopy of V-type atomic system at the gas-solid interface”, Annalen Der Physik, 528（6）,512-518 (2016)（通讯作者）

6. “Hyperfine dipole-d ipole broadening of selective reflection spectroscopy at the gas-solid interface”,EPL, 115,63001(6)(2016)（通讯作者）

5. “Excitation Dependence of Dipole–Dipole Broadening in Selective Reflection Spectroscopy”,CHIN. PHYS. LETT, 33(11),113202(4)(2016)（通讯作者）

4. “The determination of potential energy curve and dipole moment of the (5)0+ electronic state of 85Rb133Cs molecule by high resolution photoassociation spectroscopy”, J. Chem. Phys. 143,224312 (2015)（通讯作者)

3. “Investigation on ultracoldRbCs molecules in (2)0+ long-range state below the Rb(5S1/2) + Cs(6P1/2) asymptote by high resolution photoassociation spectroscopy”, J. Chem. Phys. 143,044311 (2015)（通讯作者)

2. “Photoionization spectrum of 85RbCs molecules produced by short range photoassociation”, Journal of Quantitative Spectroscopy &Radiative Transfer 166, 36–41, (2015)（通讯作者)

1. “Space-adjustable dark magneto-optical trap for efficientproduction of heteronuclear molecules”, COL 13, 110201(2015)（通讯作者)