中性原子的双阱磁囚禁及其应用

本文提出了四种采用载流导线实现冷原子双阱磁囚禁的新颖方案(1)双loffe型磁囚禁，(2)双Z型导线磁囚禁，(3)双U-Z型导线磁囚禁和(4)双U-U型导线磁囚禁，详细计算了上述磁阱的磁场及其梯度与曲率的空间分布，并分析了实现冷原子双阱磁囚禁的实验可行性。理论研究表明上述方案中某一导线中的电流大小改变时，每个双磁阱可连续转变为一个单磁阱。双loffe型磁阱和双Z型导线磁阱中心的磁场强度都是非零最小值，不存在Majonara跃迁，相应的磁场梯度和曲率的典型值分别为2.0×103G/cm和1.0×105G/cm2，这远远高于BEC实验中宏观磁阱中心的磁场梯度及其曲率，为双样品原子的微阱玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的实现提供了理论依据与新的实验方案；而双U-Z型导线磁囚禁和双U-U型导线磁囚禁的中心磁场强度都为零，存在着严重的Majonara跃迁，限制了磁阱中原子密度的提高，因而它们仅能用于实现双样品的磁光囚禁(MOT)或用于研究不同原子之间的冷碰撞性质。双MOT中所能俘获的原子数约为106量级(弱光近似下)，相应的MOT温度约为266μK，这与标准MOT中(弱光近似下)的囚禁原子数及其原子冷却温度差不多。进一步的研究表明当在双Z型载流导线方案中插入更多的等间隔载流直导线时，即可构成1D微磁囚禁列阵，从而用于制备1D磁晶格，甚至实现1D BEC列阵。     

联合阱中稳定囚禁离子的实验研究

实验观察到了小型联合阱稳定囚禁离子的射频信号增强现象，并以此对联合阱囚禁离子的特性进行了讨论；同时，通过实验检测到的稳定囚禁离子的工作点范围与磁场强度的关系，在一定程度上验证了联合阱囚禁离子稳定区随磁场强度的变化趋势。     

Paul阱中199 Hg+离子囚禁与射频共振检测

射频囚禁源作为Paul阱实验装置重要部分之一,对离子的囚禁性能影响很大. 为了满足离子囚禁稳定性以及提高离子囚禁势阱深度,设计和制作出两套囚禁离子的射频源和射频共振吸收检测电路. 利用不同频率的射频源及相应检测电路在双曲线型离子阱实验装置中成功地囚禁了¹⁹⁹Hg⁺和N⁺₂离子得到了它们的射频共振吸收信号.     

实现冷原子(冷分子)囚禁的可控制光学双阱的产生及其实验研究

简单介绍了实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学双阱的实验方案，报道了二元π相位板的制作方法及其产生可控制光学双阱的实验结果.分析了光学双阱参数(如空间位置、双阱中心间距、相对光强分布等)与π相位板相位偏差的关系.从理论和实验上研究了由于二元π相位板的刻蚀厚度误差引起的光学双阱光强变化及其双阱到单阱的演化规律，得到了实验与理论基本一致的结果. 关键词： 二元相位板 可控制光学双阱 冷原子囚禁 冷分子囚禁     

一种新颖的表面空心微光阱阵列

提出了采用四台阶相位光栅与微透镜阵列组合产生一种新颖的表面空心微光阱阵列的方案，研究了表面空心微光阱阵列的光强分布，计算了相应的光学囚禁势，并讨论了该微光阱阵列在原子分子光学中的潜在应用.研究表明当用1W的YAG激光照射时，在1cm²面积上可产生近10⁴个空心光阱，每个光阱具有较小的囚禁体积和较大的有效光强及其强度梯度，对⁸⁵Rb原子的光学囚禁势可达190μK.如此深的光阱足以囚禁冷原子或冷分子，并可用于实现全光型原子或分子玻色-爱因斯坦凝聚，甚至制备新颖的光学晶格等. 关键词： 空心光阱 冷原子或冷分子 光学晶格     

冷原子的双阱微磁表面囚禁

提出了两种新颖的采用载流导线的双阱微磁表面囚禁方案(即双U形与双Z形导线囚禁)。通过改变囚禁方案中直导线中的电流方向，即可将双U形导线囚禁改变为双Z形导线囚禁；如果逐渐减小直导线中的电流大小，即可将一个双阱微磁囚禁连续地合并为一个单阱微磁囚禁，反之亦然。详细计算和分析了上述两种载流导线囚禁方案的磁场及其梯度的空间分布。研究发现在导线中通以较小的电流，即可在导线表面附近产生很大的磁场梯度及其曲率。例如当电流为O．2A时，其磁场梯度和曲率可分别达到0．2T／cm和10T／cm2以上。由于双U形导线囚禁中存在磁场零点，而双Z形导线囚禁中仅存在磁场最小值，所以双U形导线囚禁仅适用于制备双样品磁光囚禁(MOT)或研究中性原子的冷碰撞，而双Z形导线囚禁除了可用于研究原子的冷碰撞之外，还可以用于制备双样品玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)或实验研究双阱玻色-爱因斯坦凝聚的性质等。     

实际Paul阱的电参量计算

用边界元方法，计算了实际Ｐａｕｌ阱，当存在开孔和轴向装配误差时环帽极的面电荷密度及阱的电容值，给出了它们随孔径大小变化的规律，从而为实验中选择孔径的大小提供了理论依据，同时也有助于囚禁离子动力学参数的计算     

Paul阱中离子云囚禁时间的分析

结合缓冲气体Ｈｅ对囚禁离子云Ｎ＾＋２的冷却实验结果，给出了在综合考虑射频加热和缓冲气体冷却效应情形下，阱中囚禁离子数随时间变化的理论模型。讨论了Ｐａｕｌ阱中的加热数，γ，离子云温度Ｔ，随机为力涨落Ｄ等参数对囚禁时间的影响。     

实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱

提出了一种利用单光束照明二元π相位板与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱新方案.计算了四阱的光强分布，讨论了从光学四阱到双阱或到单阱的演化过程，并导出了四阱和双阱几何参数、光强分布、强度梯度及其曲率与光学透镜系统参数间的解析关系.研究表明，通过相对移动二元π相位板可实现光学四阱到双阱或到单阱的连续双向演化，获得了四阱或双阱间距与相位板移动距离的关系.该方案在超冷原子物理、冷分子物理、原子光学、分子光学和量子光学，甚至量子计算及信息处理等领域中有着广阔的应用前景. 关键词： 二元π相位板 可控制光学四阱 原子分子囚禁 原子光学     

Rb原子磁光阱中囚禁原子数目与实验参数的依赖关系

研究表明，Rb原子磁光阱中所囚禁的原子数目对囚禁光的光强和失谐量，回泵光的强度以及磁场梯度有很大的依赖关系.用二能级系统模型对囚禁原子数目随囚禁光的光强和失谐量的变化关系进行了预估，理论预测的结果与实验结果定性符合.实验结果也展示了囚禁原子数目随回泵光的强度和磁场梯度的变化关系，要定量解释这些实验结果则需要更复杂的理论模型.通过囚禁原子数目对实验参数依赖关系的研究，得到特定的实验参数，来获得最大数目的冷原子. 关键词： 磁光阱 冷原子     

Optimization of parameters of a surface-electrode ion trap and experimental study of influences of surface on ion lifetime

In this paper we report the optimal design and fabrication of a gold-on-silica linear segmented surface-electrode ion trap. By optimizing the thickness and width of the electrodes, we improved the trapping ability and trap scalability. By using some practical experimental operation methods, we successfully minimized the trap heating rate. Consequently, we could trap a string of up to 38 ions, and a zigzag structure with 24 ions, and transport two trapped ions to different zones. We also studied the influences of the ion chip surface on the ion lifetime. The excellent trapping ability and flexibility of operation of the planar ion trap shows that it has high feasibility for application in the development a practical quantum information processor or quantum simulator.     

Secular Motion Frequencies of ~9Be~+ Ions and ~(40)Ca~+ Ions in Bi-component Coulomb Crystals

We obtain bi-component Coulomb crystals using laser-cooled ~(40)Ca~+ ions to sympathetically cool ~9Be~+ ions in a linear Paul trap. The shell structures of the bi-component Coulomb crystals are investigated. The secular motion frequencies of the two different ions are determined and compared with those in the single-component Coulomb crystals. In the radial direction, the resonant motion frequencies of the two ionic species shift toward each other due to the strong motion coupling in the ion trap. In the axial direction, the motion frequency of the laser-cooled~(40)Ca~+is impervious to the sympathetically cooled ~9Be~+ ions because the spatially separation of the two different ionic species leads to the weak motion coupling in the axial direction.     

Paul阱中一维两离子系统的能带结构

利用熟知的级数截断方法，设计数值程序计算了线形Paul阱中库仑关联的两离子系统Schrdinger方程的精确解，得到接近目前离子阱实验能够实现的阱频下系统分立的运动态波函数和能谱，它们对应于阱频值的一个无穷可数的点集.在该点集内两相邻点之间连续变化阱频，由量子微扰法得到以精确分立谱为基础的能带结构，包括较宽的能隙和较窄的带宽.能带结构的存在将影响以该系统为基础的量子逻辑操作和激光边带冷却等问题，应该在实验研究中加以考虑.     

共面两囚禁离子体系精确的量子运动

研究Paul阱中共面两离子体系精确的量子运动. 在考虑库仑关联的条件下，得到了系统Schr?dinger方程的精确解和以此为基础的微扰解，包括精确的离散本征态和本征能量，以及近似的分段连续谱和能带结构. 以低能级的几个态为例，用数值方法计算了两离子间的平均距离，并绘出了两离子的概率分布图. 关键词： Paul阱 共面两离子 平均距离 能带结构     

外场驱动的两囚禁离子的纠缠突然消失的研究(英文)

研究了两囚禁离子与一束激光场相互作用模型.通过幺正变换,这个系统被变换成Tavis—Cum-mings模型.通过计算共生纠缠度,分析了这个系统中两离子的纠缠动力学.与Tavis-Cummings模型不同,本文中两离子的纠缠演化经历周期性的消失和恢复.纠缠消失和恢复的周期与系统的初态有关.     

Status of the SHIPTRAP Project: A Capture and Storage Facility for Heavy Radionuclides fromSHIP

The ion trap facility SHIPTRAP is being set up to deliver very clean and cool beams of singly-charged recoil ions produced at the SHIP velocity filter at GSI Darmstadt. SHIPTRAP consists of a gas cell for stopping and thermalizing high-energy recoil ions from SHIP, an rf ion guide for extraction of the ions from the gas cell, a linear rf trap for accumulation and bunching of the ions, and a Penning trap for isobaric purification. The progress in testing the rf ion guide is reported. A transmission of about 93(5)% was achieved. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

囚禁单个和两个共面超冷离子的Penning阱系统的量子力学求解

分别求解囚禁了一个和两具共面超冷离子的Ｐｅｎｎｉｎｇ阱系统的薛定谔方程。     

HITRAP: A Facility for Experiments with Trapped Highly Charged Ions

HITRAP is a planned ion trap facility for capturing and cooling of highly charged ions produced at GSI in the heavy-ion complex of the UNILAC-SIS accelerators and the ESR storage ring. In this facility heavy highly charged ions up to uranium will be available as bare nuclei, hydrogen-like ions or few-electron systems at low temperatures. The trap for receiving and studying these ions is designed for operation at extremely high vacuum by cooling to cryogenic temperatures. The stored highly charged ions can be investigated in the trap itself or can be extracted from the trap at energies up to about 10 keV/q. The proposed physics experiments are collision studies with highly charged ions at well-defined low energies (eV/u), high-accuracy measurements to determine the g-factor of the electron bound in a hydrogen-like heavy ion and the atomic binding energies of few-electron systems, laser spectroscopy of HFS transitions and X-ray spectroscopy. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.