中性原子的激光导引及其应用

文章综述了采用中空光纤中红失谐高斯模式,红失谐高斯激光束,中空光纤中蓝失谐消逝波和蓝失谐暗中空光束实现中性原子激光导引的原理,方法和实验及其最新进展,并简单介绍了激光导引原子技术在原子光学领域中的应用。     

黑洞量子隧穿过程的时间

讨论了弯曲时空中黑洞量子隧穿的时间.在假定了黑洞量子隧穿是一个瞬时过程的情况下,通过利用WKB法得出了有静止质量粒子的量子隧穿辐射谱.该辐射谱表明对于在黑洞视界处有静止质量粒子的出射也满足量子力学中的幺正性原理,支持Parikh-Wilczek的结论.结果的合理性表明,在黑洞视界处的量子隧穿过程可以看成是一个瞬时过程.     

激光冷却原子能造出强相互作用的量子触点

正瑞士日内瓦大学和苏黎世联邦理工学院科学家合作,用量子冷却压缩的方法,将两种物质通过奇特的量子力学性质连接在一起。这一成果为深入理解量子物理学,制造出未来量子电路设备开辟了新途径。近日,苏黎世联邦理工学院的实验团队在蒂尔曼·埃斯林格和吉恩·布兰图特带领下,他们先用激光束捕获原子,隔离所有外界干扰,激光束将原子制冷到极低温度,产生了洁净的、具有量子力学性质的冷原子超导体;随后研究人员将两个冷原子     

隧穿量子点分子模型与光场相互作用的量子信息保真度

利用全量子理论和数值计算方法,研究隧穿量子点分子模型与光场相互作用的量子信息保真度,通过计算机模拟出量子点分子、光场和系统的保真度随时间的演化图像,分析了压缩系数和失谐量对量子信息保真度的影响.结果表明：改变初始光场的压缩系数和失谐量能调节相互作用系统的量子信息保真度.     

局域中空光束中原子的强度梯度冷却

提出了一种采用蓝失谐局域中空光束实现中性原子冷却与囚禁的新方法，并采用Monte-Carlo模拟方法研究了局域中空光束中原子强度梯度冷却（即Sisyphus冷却）的 动力学过程. 研究发现一个温度约为5μK和密度为10^12—10^13cm^3的超冷原子样品可以在我们的单束局域中空光束势阱中获得，而且这一原子密度可通过改变聚焦系统的相对孔径来加以调控. 因此，这一蓝失谐的局域中空光束还可用于实现全光型玻色-爱因斯坦凝聚. 关键词： 局域中空光束 原子囚禁 强度梯度冷却     

超冷原子系综的非高斯纠缠态与精密测量

量子精密测量是基于量子力学的基本原理对特定物理量实施测量,并利用量子效应提高测量精度的交叉科学.随着超冷原子实验技术的发展,超冷原子为量子精密测量提供了一个优异的研究平台.利用发展成熟的量子调控技术,人们可以基于超冷原子系综制备一些新奇的非高斯多粒子纠缠态.基于多体量子干涉,利用这些非高斯纠缠态作为输入,可以实现超越标准量子极限的高精度测量.本文简要综述这一研究领域的进展.     

一种新颖的全光型表面原子(分子)漏斗

提出了一种产生全光型表面原子(分子)漏斗的新方案.采用红失谐高斯激光束照明由柱面透镜组成的光学系统，可在透镜焦平面附近产生横向漏斗形光强分布，以构成一表面光波导型原子漏斗.计算了漏斗的光强分布及其光学偶极势与偶极力分布.研究结果表明：该原子漏斗可用于冷原子(分子)的表面光波导、分束器和干涉仪以及微阱囚禁的有效装载，因而在集成原子光学及其原子芯片的研究中有着重要的应用. 关键词： 原子漏斗 分子漏斗 光学偶极势 原子芯片     

采用四根单模光纤束实现消逝波原子(或分子)波导的理论分析

提出了一种利用四根亚微米单模光纤束实现冷原子(或冷分子)波导的新方案，计算了四光纤束内空心区域的消逝波光场及其光学囚禁势.研究表明这种蓝失谐的空心消逝波光场同样可用于实现冷原子(或冷分子)的激光波导，而且与传统的中空光纤原子波导方案相比，不仅简单方便，造价低廉，而且更容易实现冷原子物质波的高效单模波导. 关键词： 单模光纤 消逝波 原子(或分子)波导     

具有原子运动的双光子J-C模型中量子力学通道与量子互熵

用量子信息理论研究具有原子运动的双光子Jaynes_Cumming模型动力学.给出了该模型中表示原子态变化的量子力学通道，导出了量子互熵和原子约化熵，考察了原子运动及场模结构对量子互熵的影响，以及原子量子力学通道“开启”与“关闭”状态和原子与场纠缠程度的关系.结果表明量子力学通道特性强烈依赖于原子运动、场模结构以及原子与场的纠缠. 关键词： 双光子J_C模型 原子运动 量子互熵 量子约化熵 量子学通道     

压缩相干态光场与Λ型三能级原子相互作用的纠缠特性

利用量子熵理论,研究了压缩相干态光场与Λ型三能级原子的量子纠缠随时间的演化特性.结果表明:光场与原子纠缠度依赖于初态原子能级叠加系数、光场压缩参量、相干态振幅参量及失谐量与耦合系数之比.当光场压缩参量增大时,光场与原子的最大纠缠度增大;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠则呈现周期性演化,系统呈现接近退纠缠;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠呈现周期性,场失谐量与耦合系数的比值足够大时,在一定时刻系统可处于稳定的最大纠缠态,且系统演化呈现周期性.     

亚微米局域空心光束的产生及其在单原子囚禁与冷却中的应用理论研究

提出了一种采用单模光纤、环形二元相位板和微透镜组成的光束整形系统产生亚微米局域空心光束的方案. 根据瑞利-索莫菲衍射积分公式, 数值计算了微透镜焦平面附近的场分布, 详细研究了空心光束的暗斑尺寸与单模光纤模场半径和微透镜焦距的关系. 数值计算结果表明: 在微透镜焦平面附近光场分布近似对称, 在焦点处场强近似为零, 周围场强逐渐增大, 形成半径约为0.4 μm的三维封闭的球形空心光场区域, 即亚微米局域空心光束. 当局域空心光束为蓝失谐时, 光场中的原子将被囚禁在光场最弱处. 若加上抽运光, 原子将受到蓝失谐局域空心光束与抽运光共同激发的强度梯度Sisyphus冷却. 本文利用该方案产生的亚微米局域空心光束构建单原子的囚禁与冷却器件, 并以单个⁸⁷Rb原子为例, 利用Mont-Carlo方法研究亚微米局域空心光束中单原子囚禁与强度梯度冷却的动力学过程, 结果表明利用该器件可以获得温度在5.8 μK量级的超冷单原子.     

量子模型分析激光驻波原子透镜的像差

采用量子模型对近共振激光驻波原子透镜会聚Cr原子束、形成纳米量级光栅结构的物理过程进行数值模拟。为提高原子透镜的成像质量,对各种像差,如衍射像差、球差、色差、及原子束发散角、原子磁支能级、原子同位素等因素引起的像差进行了理论分析。模拟结果表明,相比粒子光学模型,量子模型能更加精确地描述原子会聚结果,且能解释原子在驻波光场中的衍射现象。在各种像差中,原子束发散角是最主要的因素,其影响大于衍射像差、球差、色差。原子的磁支能级、同位素等因素对像差影响很小,可以忽略不计。激光冷却准直原子束的方法可以减小束发散角引起的像差,压缩原子速度Vz分布范围的方法可以减小色差。     

Generalized Two-State Theory for an Atom Laser with Nonlinear Couplings

We present a generalized two-state theory to investigate the quantum dynamics and statistics of an atom laser with nonlinear couplings. The rotating wave approximate Hamiltonian of the system is proved to be analytically solvable. The fraction of output atoms is then showed to exhibit an interesting collapse and revival phenomenon with respect to the evolution time, a sign of nonlinear couplings. Several nonclassical effects, such as sub-Poissonian distribution, quadrature squeezing effects, second-order cross-correlation and accompanied violation of Cauchy-Schwartz inequality are also revealed for the output matter wave. The initial global phase of the trapped condensate, in weak nonlinear coupling limits, is found to exert an interesting impact on the quantum statistical properties of the propagating atom laser beam.     

Generalized Two-State Theory for an Atom Laser with Nonlinear Couplings

We present a generalized two-state theory to investigate the quantum dynamics and statistics of an atom laser with nonlinear couplings. The rotating wave approximate Hamiltonian of the system is proved to be analytically solvable. The fraction of output atoms is then showed to exhibit an interesting collapse and revival phenomenon with respect to the evolution time, a sign of nonlinear couplings. Several nonclassical effects, such as sub-Poissonian distribution, quadrature squeezing effects, second-order cross-correlation and accompanied violation of Cauchy-Schwartz inequality are also revealed for the output matter wave. The initial global phase of the trapped condensate, in weak nonlinear coupling limits, is found to exert an interesting impact on the quantum statistical properties of the propagating atom laser beam.     

用于冷原子制备的激光扩束准直器的研制

针对现有的冷原子实验用的多数保偏光纤输入型扩束准直器不能对输入激光束的偏振进行精确调节的缺陷,提出了一种全长度为135mm,输出圆形光斑有效直径为20mm的紧凑型偏振可调激光扩束准直器.该扩束准直器中的偏振棱镜和波片偏振轴均可独立调节,能对单模保偏光纤输入光束的偏振态进行精确调节和保持.所研制的激光扩束准直器在三维磁光阱冷原子实验中制备出了满足冷原子干涉实验要求的冷原子团,冷原子团原子数为5×108,温度约为10μK,并获得了最大上抛高度为1.156m的原子喷泉飞行时间信号.     

一维原子刻蚀的数值模拟

通过直接的数值模拟，分析了原子束在激光驻波场下传播的动力学行为．估计了Cr原子沉积在基片上的焦点的大小，同时还发现一些实验参数会影响原子刻蚀的精度：如原子束的速度分布、激光的失谐量和激光束的直径等．     

Enhanced cold mercury atom production with two-dimensional magneto-optical trap

A cold atom source is important for quantum metrology and precision measurement. To reduce the quantum projection noise limit in optical lattice clock, one can increase the number of cold atoms and reduce the dead time by enhancing the loading rate. In this work, we realize an enhanced cold mercury atom source based on a two-dimensional (2D) magneto-optical trap (MOT). The vacuum system is composed of two titanium chambers connected with a differential pumping tube. Two stable cooling laser systems are adopted for the 2D-MOT and the three-dimensional (3D)-MOT, respectively. Using an optimized 2D-MOT and push beam, about 1.3×10⁶ atoms, which are almost an order of magnitude higher than using a pure 3D-MOT, are loaded into the 3D-MOT for ²⁰²Hg atoms. This enhanced cold mercury atom source is helpful in increasing the frequency stability of a neutral mercury lattice clock.     

离散效应对高强度激光三次谐波转换的影响

使用分步傅里叶变换和四阶龙格库塔法(R-K) ，对高强度激光以Ⅰ/Ⅱ类角度失谐方式，在KDP晶体中的谐波转换进行了研究，详细讨论了离散效应对三次谐波转换的影响。结果表明，离散效应不但降低了三次谐波转换效率，而且使谐波光束质量显著降低；初始入射基频光束腰半径较小时，离散效应是二次谐波转换和三次谐波转换效率降低的主要因素，失谐角对三次谐波转换的影响较小；随着束腰半径的增加，离散效应的影响逐渐减小，失谐角对三次谐波转换的影响逐渐增加。     

中性钠原子在激光驻波场中的运动特性研究

基于半经典理论,分析了中性钠原子在激光驻波场中的受力特征,以此为基础分别对不同纵向运动速度和横向运动速度条件下中性钠原子的运动轨迹进行了仿真运算,得到了不同速度条件下中性钠原子的运动轨迹特征,基于累计算法进一步对不同速度条件下中性钠原子的沉积特性进行了仿真,当钠原子的纵向运动速度符合最可及速度(740 m/s)时,纳米沉积条纹的半高宽为2.78 nm,条纹对比度为38.5 ∶1,当纵向运动速度偏离最可及速度(350 m/s)时,纳米沉积条纹的半高宽为29.1 nm,其对比度下降为15 ∶1.而当中性钠原子 关键词： 原子光刻 激光驻波场 条纹半高宽 条纹对比度     

Long, narrow all-light atom guide

A 1-mm-diameter all-light atom guide capable of transporting ultracold atoms tens of centimeters with high efficiency is described. We made the atom tunnel, a dark hollow beam that is blue detuned from resonance, by passing a few tens of milliwatts of energy from a TEM(00) diode laser beam through an optical sequence composed of three axicons and a simple lens. We demonstrate transport of 10(8)Cs atoms approximately 20 cm with minimal heating. We show that it is possible for one to control the direction and speed of the atoms in the tunnel by varying the detuning of the tunnel beam.