超低频调制光缔合光谱的实验研究

通过激光冷却技术在磁光阱中俘获原子数约107,温度约200 μK,直径约400 μm的超冷铯原子,利用超冷铯原子光缔合方法制备了激发态的超冷铯分子。实验研究了光缔合光不同扫描速率对铯分子振转光谱分辨率的影响,发现光缔合光扫描速率较慢时,铯分子振转光谱分辨率较高。通过高灵敏的雪崩光电探测器探测冷原子荧光,获得了超冷铯分子第一激发态6S_1/2+6P_3/2离解限0-_g长程态高分辨振转光谱。为了实现受控拉曼光缔合制备超冷基态分子,光缔合激光频率需要锁定在原子-分子共振跃迁线,对超冷原子光缔合光谱进行了超低频波长调制,通过改变调制幅度和调制频率获得最优化的一阶微分信号,将该信号反馈回激光器,实现闭合环路稳频,满足了受控拉曼光缔合制备振转能级可控的基态分子的实验要求,该工作对研究受限空间中的超冷原子分子具有很重要的意义。     

超冷极性分子

目前对超冷原子的研究已经从最初的原子分子物理扩展到了物理的很多分支.极性分子可以将电偶极相互作用引入到超冷体系,同时分子又与原子类似,可以灵活地被光和其他电磁场操控,因而很多理论工作都预言了超冷极性分子在超冷化学、量子模拟和量子信息等领域会有重要的应用.但由于超冷基态分子的制备非常困难,如何把超冷物理从原子发展到分子还是一个方兴未艾的课题.过去的10年间,各种分子冷却技术都取得了很大突破,本文回顾了这些进展,并着重介绍了基于异核冷原子的磁缔合结合受激拉曼转移这一技术,该技术在制备高密度的基态碱金属超冷极性分子上取得了较大的成功.本文也总结了超冷极性碱金属分子基本碰撞特性研究的一些实验结果.     

光谱分析、光谱测量

O433.12007010099光缔合产生超冷分子及其光谱测量=Formation of ultra-cold molecules via photoassociation and its spectra meas-urement[刊,中]/汪丽蓉(山西大学物理电子工程学院,量子光学与光量子器件国家重点实验室.山西,太原(030006)),贾锁堂//量子光学学报.—2006,12(3).—143-150通过介绍超冷分子的研究进展分析了光缔合产生超冷分子的特点与物理机制,详细介绍了光缔合产生冷分子过程中的光谱测量方法。图7参39(于晓光)O433.12007010100THz波及其光谱检测技术=Terahertz wave and spectraltechnology[刊,中]/张艳(中国计量学院…     

原子相干对光缔合形成分子的影响

用量子统计方法,讨论了原子相干对超冷两态原子经光缔合形成超冷分子的影响.结果表明,在原子相干的作用下,光缔合形成的分子数随时间做近周期减幅振荡.原子相干对光缔合过程的暂态阶段影响强烈,而分子始终保持sub-Poisson统计分布.     

超冷铯分子0g-长程态的振转光谱研究

通过超冷铯原子光缔合制备激发态的超冷铯分子. 利用冷原子荧光频率调制技术获得了超冷铯分子第一激发态6S_1/2+6P_3/2离解限0_g^-长程态高分辨振转光谱, 计算得到0_g^- 长程态振动量子数从0到51的不同振动能级的转动常数, 和Daniel研究小组的理论结果符合得很好. 关键词： 超冷铯分子 光缔合 振转光谱     

第五讲 基于激光冷却原子的超冷分子制备与外场操控

超冷分子的理论和实验研究近年来取得了令人瞩目的巨大成就,极大地拓展了原子分子光物理的研究范畴。围绕超冷分子的制备与应用开创了很多全新的研究领域,如超高分辨分子光谱、分子量子态操控、精密测量以及量子模拟等。当前超冷分子的高效密集制备主要采用基于激光冷却的超冷原子缔合技术来实现。文章综述了超冷分子缔合制备的研究现状,阐述了光缔合、Feshbach共振缔合、受激拉曼绝热跃迁以及超短脉冲光缔合产生超冷分子的物理机制与实验进展,对外场操控超冷分子的实验结果及其潜在应用做了概要展示。     

最优化参数控制提高超冷铯分子振转光谱的信噪比

超冷原子光缔合光谱对于研究长程分子势能结构、分子常数和分子相关动力学过程具有重要意义.光缔合光谱的信噪比作为衡量探测技术的重要指标之一,直接影响光谱的分辨能力和探测灵敏度.利用调制荧光光谱技术获得了超冷长程铯分子超精细振转光谱.通过研究解调参数,即积分时间和灵敏度,发现解调参数对光谱信号的信噪比有重要影响,且依赖关系呈非线性.结合相关实验系统,实现了对光谱信噪比的最优化控制,为进一步研究超冷铯分子长程态振转能级结构奠定了重要的实验基础.     

飞行时间质谱探测磁光阱中超冷分子离子的实验研究

利用飞行时间质谱探测了由磁光阱中的俘获光和 再泵浦光光缔合作用形成的超冷基态铯分子, 研究了微通道板工作电压、加速电场强度和加速电场持续时间对铯分子离子信号强度的影响. 实验结果与理论模型的拟合一致; 获得了适合实验条件的最优化实验参数, 为进一步研究超冷分子的光缔合光谱和光电离光谱奠定了实验基础.     

超冷铷铯极性分子振转光谱的实验研究

利用激光冷却俘获技术在双暗磁光阱中获得高密度的超冷铷原子和铯原子,通过光缔合方法制备超冷铷铯极性分子.采用共振增强双光子电离技术探测基三重态a³∑⁺的铷铯分子,产率约为10⁴/s.通过改变缔合光频率,获得（2）0⁺,（3）0^-,（2）0^-等分子态的高分辨振转光谱,拟合得到相应的转动常数分别为0.00349 cm^-1,0.00649 cm^-1,0.00372 cm^-1.     

超冷铯分子纯长程态转动常数的精密测量

利用调制的俘获损耗光谱技术实验测量了超冷铯分子纯长程0_g^-态的高分辨光谱. 采用双光缔合光谱技术构建了精确的频率差参考信号, 对转动能级的共振频率间隔进行了精确的标定, 获得了转动能级频率间隔与转动量子数的关系. 通过将实验数据拟合到非刚性转动模型, 获得了超冷铯分子纯长程0_g^-态不同振动态的转动常数. 实验结果表明转动常数随振动量子数的增加而线性减小, 线性递减率为-0.41 MHz±0.01 MHz. 关键词： 双光缔合光谱技术 超冷铯分子 转动常数 纯长程态     

超冷铯(60D5/2)2 Rydberg分子的双色光缔合光谱

本文主要从理论和实验上研究超冷铯（60D_5/2）₂ Rydberg分子的双色光缔合光谱.数值计算了铯60D_5/2 Rydberg原子对态的长程电多极相互作用和（60D_5/2）₂ Rydberg分子的绝热势能曲线,获得了（60D_5/2）₂ Rydberg分子的势阱深度和平衡间距.实验上利用双色光缔合超冷铯原子的方法制备了（60D_5/2）₂ Rydberg分子.其中,第一色激光（pulse-A）双光子共振激发种子Rydberg原子A;第二色激光（pulse-B,失谐于分子的束缚能）共振激发第二个Rydberg原子B,原子A与B由分子势阱束缚形成超冷（60D_5/2）₂ Rydberg分子.由脉冲场电离探测技术获得Rydberg分子的光缔合光谱,测量的Rydberg分子的势阱深度与理论计算结果相一致.     

MICRO-MOTION EFFECT OF A TRAPPED ULTRA-COLD ION IN A STANDING-WAVE LASER

In the absence of the requirements of the Lamb-Dicke limit and rotating wave approximation, we semi-classically investigate the dynamics of a trapped ultra-cold ion in the standing-wave laser, with the consideration of the time-dependent potential and pseudo-potential of the Paul trap. The specific calculations show that the larger the Lamb-Dicke parameter η and the Rabi frequency Ω, the greater the difference between the dynamics in the time-dependent potential and the pseudo-potential.     

Matter wave interference of dilute Bose gases in the critical regime

Ultra-cold atomic gases provide a new chance to study the universal critical behavior of phase transition. We study theoretically the matter wave interference for ultra-cold Bose gases in the critical regime. We demonstrate that the interference in the momentum distribution can be used to extract the correlation in the Bose gas. A simple relation between the interference visibility and the correlation length is found and used to interpret the pioneering experiment about the critical behavior of dilute Bose gases [Science 315 1556(2007)]. Our theory paves the way to experimentally study various types of ultra-cold atomic gases with the means of matter wave interference.     

基于量子Fisher信息的量子计量进展

量子计量是超冷原子气体研究中的一个热点领域.超冷原子体系独特的量子性质(量子纠缠)和量子效应有助于大幅度提高待测物理量的测量精度,这已经成为量子精密测量中的共识.量子Fisher信息对该领域的发展起了非常重要的作用.本文首先介绍量子Fisher信息的基本概念和量子计量的主要内容;然后简要回顾这些理论在提高测量精度方面的应用,特别是多粒子量子纠缠态的产生及其判定;再介绍线性和非线性原子干涉仪的相关进展;最后论述量子测量过程中的统计方法的研究进展.     

超冷V型三能级原子注入的微波激射:原子相干性对腔场光子统计的影响

建立了超冷V型三能级原子注入的微波激射的腔场光子统计的量子理论,研究了原子相干性对光子统计性质的影响.发现腔内原子的发射概率随腔长变化的曲线中存在着共振峰和非共振平台,原子相干性对这些共振峰和非共振平台的绝对大小和相对比例具有灵活的可调性.原子发射概率的这些特点对腔场光子统计产生了直接的影响.平均光子数随腔长变化的曲线中也存在着共振峰和非共振平台;给定腔长,适当调节原子相干参量,可以使光子数分布向大、小光子数两个方向灵活地移动,平均光子数也相应地增加和减少.研究中还发现,适当选取原子相干参量,光子统计在大 关键词： 微波激射 超冷V型三能级原子 原子相干性 光子统计     

利用双光缔合光谱技术直接测量超冷铯分子0u+(6S1/2+6P1/2)长程态的转动常数的实验研究

实验获得了超冷铯分子6S_1/2+6P_1/2离解限下0_u⁺长程态振动能级v=187的转动常数. 首先利用调制的荧光光谱技术获得了高分辨的转动量子数J=0–6的超冷铯分子纯转动光谱. 利用双光缔合光谱技术, 构建了高精度的频率参考信号, 进而得到了相邻转动能级间的频率间隔. 最后通过非刚性转子模型拟合得到了转动常数和离心畸变常数.     

Exact analytical results for density profile in Fourier space and elastic scattering function of a rotating harmonically confined ultra-cold Fermi gas

In this paper, the system dealt with consisting of an ultra-cold neutral spin-polarized Fermi gas undergoing rotation (or in the so-called synthetic magnetic field) trapped by an anisotropic harmonic potential in a two and three-dimensional space at zero temperature. Using the so-called Bloch propagator as a tool, we derive exact closed-form expressions for particle density in Fourier space which are valid for an arbitrary particle number confined by a two and three-dimensional rotating anisotropic harmonic trap. Numerical illustrations and discussions are presented. The results can be easily generalized at finite temperatures. The crossover from two-dimensional to the one-dimensional regime is shown to be reflected in the shape of the density distribution in Fourier space at very fast rotating velocity (or at strong synthetic magnetic field). In addition, an exact analytical expression of the elastic scattering factor is found, a quantity of interest used to probe the spatial distribution of the quantum gases.     

Dark resonances for ground-state transfer of molecular quantum gases

One possible way to produce ultra-cold, high-phase-space-density quantum gases of molecules in the rovibronic ground state is given by molecule association from quantum-degenerate atomic gases on a Feshbach resonance and subsequent coherent optical multi-photon transfer into the rovibronic ground state. In ultra-cold samples of Cs₂ molecules, we observe two-photon dark resonances that connect the intermediate rovibrational level |v=73,J=2〉 with the rovibrational ground state |v=0,J=0〉 of the singlet X ¹ Σ _g ⁺ ground-state potential. For precise dark resonance spectroscopy we exploit the fact that it is possible to efficiently populate the level |v=73,J=2〉 by two-photon transfer from the dissociation threshold with the stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) technique. We find that at least one of the two-photon resonances is sufficiently strong to allow future implementation of coherent STIRAP transfer of a molecular quantum gas to the rovibrational ground state |v=0,J=0〉.     

Comparative study of rare gas-H<Subscript>2</Subscript> triatomic complexes

This paper presents a comparative analysis of complexes made of one rare gas (Rg) atom and molecular hydrogen, for five different Rg atoms. In particular, the vibrational band origins have been calculated, as well as the structural properties of the associated wavefunctions. The study is extended to ultra-cold Rg–H₂ collisions, object of a recent experiment aimed at producing ultra-cold H₂ [1]. The molecular systems are studied variationally using a simple, yet effective, isotropic trial wavefunction. A large number of potential energy surfaces available from the literature is considered. A comparative analysis shows that differences of up to two orders of magnitude exist for the zero-energy elastic cross sections of the five complexes. Corrections to the isotropic model have also been considered, showing no significant effect.     

基于调制光晶格的中性分子束光学Stark减速与囚禁的理论研究

本文基于分子束光学Stark减速理论,提出采用调制的红失谐光晶格来减速和囚禁任意脉冲超声分子束方案,并予以理论研究.以CH₄超声分子束为例,利用Monte-Carlo方法模拟了调制光晶格中的分子减速与囚禁的动力学过程,给出减速级数、同步分子初始位相角与减速效果的关系.研究结果表明：随着减速级数的增加,被减速的分子波包逐渐从原来的分子速度分布的大波包中分离开来,且减速级数越高,减速后的分子速度越小.在其他条件相同时同步分子初始位相角越大,减速波包内的分子数目越少,同时位相空间被压缩.与未调制的光晶格减速方案相比,本方案中无分子自由飞行过程,在相同的光晶格长度内完成了双倍的减速级数.当光晶格长度取3.71 mm时,模拟结果显示CH₄分子从280 m/s减速至172 m/s,而未调制光晶格只能将CH₄分子从280 m/s减速至232 m/s,减速效果提高了26%.本方案可以集分子的减速、囚禁于一体,是一种新型的分子光学功能器件,在冷分子光学、量子信息、冷化学等前沿研究领域中有潜在的应用.