이 연구에서는 레이저 냉각 원자 시료의 복소값 3D 분광 이미징을 위해 가우시안 분해 기반 인라인 홀로그래피 기법을 개발하였다.
주요 내용은 다음과 같다:
홀로그램 데이터(I', I)와 사전 특성화된 프로브 파면 Er을 이용하여, 가우시안 빔 분해를 통해 원자 시료의 복소 산란장 Es를 효율적으로 추출한다. 이 과정에서 시료의 3D 위치, 형상, 분광 응답 특성 등의 사전 지식을 활용하여 최적화를 수행한다.
추출된 Es로부터 복소 위상 이미지 φA = ϕ + iOD/2를 재구성한다. 이때 시료 평면 zA를 정밀하게 결정하여 회절 한계 분해능과 광자 shot-noise 한계 감도를 달성한다.
φA의 위상각 β = arg(φA)는 원자 수 및 상호작용 세기 변동에 강인하므로, 이를 이용한 정규화 없는 분광학 측정이 가능하다. 또한 β는 power broadening에 강인하여 단일 샷에서 높은 주파수 분해능을 제공한다.
실험적으로 87Rb 원자 시료의 D2 선 분광을 단일 샷 홀로그램에서 구현하였다. 수백 개의 원자로부터 100 kHz 수준의 단일 샷 주파수 분해능을 달성하였으며, 3D 공간 분해능은 마이크로미터 수준이다.
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