基于高斯型脉冲的非线性Ramsey干涉

基于非线性Rosen-Zener隧穿理论, 利用高斯型脉冲研究了双势阱玻色-爱因斯坦凝聚体的非线性Ramsey干涉. 通过数值模拟得到了丰富的非线性Ramsey干涉图样, 分别讨论了粒子间相互作用和高斯型脉冲的周期对干涉图样的影响. 通过哈密顿正则关系得到了干涉条纹的基频表达式, 并借助傅里叶变换对Ramsey干涉条纹的频率进行分析, 得到了干涉条纹的基频随粒子间相互作用及脉冲周期的变化关系. 比较数值和解析结果发现两者符合得很好. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 Ramsey干涉 高斯型脉冲     

费米超流气体的非线性Rosen-Zener隧穿

以非线性Rosen-Zener隧穿理论为基础, 用平均场近似的方法, 通过考虑高阶非线性项的影响, 研究了非线性两能级系统中费米超流气体的Rosen-Zener隧穿现象. 研究发现粒子间的非线性相互作用能够显著地影响量子隧穿. 分别在快扫描极限和绝热极限的条件下, 解释了Rosen-Zener隧穿现象, 并给出了矩形振荡周期与非线性参数之间的依赖关系. 这为更深入认识费米气体的基本属性提供了理论基础.     

费米超流气体在幺正极限区域的非线性Ramsey干涉

该文分别研究了在三种极限情况下费米超流气体在幺正极限区域的非线性Ramsey干涉图样的频率与系统参数之间的关系, 研究发现费米子间的相互作用以及双势阱间最低能量差对干涉图样的角频率有显著的影响. 通过数值模拟和理论分析, 得到了干涉图样的角频率和系统参数之间的关系, 发现数值和解析结果符合得很好.     

半空间无限深势阱中一维玻色凝聚体的反射和干涉演化

通过量子力学中的传播子方法,研究了一维情况下玻色-爱因斯坦凝聚体在半空间无限深势阱中的演化,观察到了凝聚体反射现象和自干涉图样.由于初始位置、宽度和速度的不同,凝聚体在阱壁上反射而后干涉形成不同的干涉图样,这可以用物质波的波动性给予很好的描述.同时对于凝聚体在阱壁上的碰撞问题用物质波的粒子性给予很好的解释.     

非线性Rosen-Zener跃迁

研究了非线性两模系统的Rosen-Zener跃迁.在绝热近似下，对基态能相同的两个模态，非线性相互作用使原子表现出强烈的集体行为，它们总是趋向于聚集到同一个模态上.因此外场的绝热调制能够把原子从一种模式彻底转移到另一种模式上.在经典相空间中，可以成功地解释该现象.提议利用现有的玻色爱因斯坦凝聚实验观测这一效应. 关键词： Bose-Einstein凝聚 Rosen-Zener跃迁 Rabi振荡 受激Raman绝热暗通道     

玻色-爱因斯坦凝聚体在光势阱中的量子隧穿

微观粒子因具有波动性而能以一定的概率穿过比它动能更高的势垒，这一现象称为隧道效应，玻色-爱因斯坦凝聚体在不同的囚禁势阱中表现出不同的隧穿特性，文章作者用周期瞬子方法首次研究了光势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的量子隧穿，研究表明，处在光势阱中的玻色-爱因斯坦凝聚体不仅表现出Landau-Zenner隧穿，而且出现新的Wannier-Stark隧穿，Wannier-Stark隧穿系数大约是Landu-Zener隧穿系数的1000倍，并得到了隧穿率随温度的变化规律，包括经典热激活、热助隧穿和量子隧穿，理论的计算结果与Yale大学和意大利INFM研究组关于Landau-Zener隧穿的实验结果相符合，同时给出了如何在实验上发现Wannier-Stark隧穿的参数区间。     

一维双组分玻色-爱因斯坦凝聚体系的量子隧穿特性

利用双模近似方法研究了一维双组分玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates,BECs)的量子隧穿特性.从描述三维双组分BECs系统的Gross-Pitaevskii方程(GPE)出发,得到了描述一维体系的GP方程.把体系波函数写成原子数和相位指数的乘积,得到描述体系隧穿特性的费曼方程.数值求解费曼方程,研究了原子之间相互作用(双组分BECs体系原子之间的相互作用包括组分内部原子之间的相互作用和不同组分原子之间的相互作用)对隧穿特性的影响.结果显示,当原子之间的相互作用较弱时,体系发生量子隧穿现象,表现为原子数在平衡位置附近作周期振荡;随着原子之间相互作用增强,体系经历一个临界状态,进入自俘获状态,即由于原子之间相互作用的存在,在对称双势阱中演化的BECs可以呈现出原子数高度的不对称分布,好像绝大数原子被其中一个势阱俘获.从隧穿到自俘获原子之间的相互作用存在一个临界值,从而体系的能量也对应一个临界值,根据体系的哈密顿函数,就能求出相互作用临界值的表达式.     

有效质量法调控原子玻色-爱因斯坦凝聚体的双阱动力学

操控原子玻色-爱因斯坦凝聚体在双势阱中的动力学通常是通过改变势阱深度来实现,本文提出了一种基于调节原子有效质量的控制方案,可以在不改变双阱势的前提下操控凝聚体的双阱动力学.利用双模近似,本文解析地导出了超冷原子在双阱势中的隧穿强度和相互作用强度对有效质量的依赖关系,并基于平均场近似数值模拟了在有效质量调节下的凝聚体动力学演化,展示了隧穿振荡和自束缚等典型的双阱动力学行为.此外,本文的研究还发现,借助负有效质量效应,这一方案甚至可以等效地实现对负散射长度原子凝聚体双阱动力学行为的操控.     

微腔对含单个费米子杂质Bose-Josephson结隧穿动力学的影响

本文研究含有一个费米子杂质的玻色爱因斯坦凝聚体在光学微腔作用下的隧穿动力学性质,探讨腔对单粒子隧穿过程的影响。从光学微腔与双阱中玻色子-费米子混合凝聚体耦合体系的哈密顿量出发,推导出与光学腔耦合强度有关的粒子隧穿基态能级差的解析表达式以及相对粒子数差的期望值。研究结果表明:光学腔与原子的耦合强度能够影响优先隧穿的粒子种类以及粒子隧穿的阶梯图形。     

自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体在尖端势垒散射中的Klein隧穿

本文对自旋-轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体经过尖端势垒散射的过程进行了数值模拟,发现散射过程中存在Klein隧穿现象.相较于高斯势垒,尖端势垒散射的Klein阻塞及Klein隧穿区域会向较高势垒方向移动.在Klein隧穿区域,透射系数随势垒高度而振荡下降,且振幅随着势垒增高而逐渐减小.最后,分别讨论了原子相互作用对经典透射区域、Klein阻塞区域以及Klein隧穿区域散射过程的影响.     

Nonlinear Ramsey Interferometry of Fermi Superfluid Gases in a Double-Well Potential

The nonlinear Ramsey interferometry of Fermi superfluid gases in a double-well potential is investigated in this paper. We found that the frequency of the Ramsey fringes exactly reflects the strength of nonlinearity, or the scattering length of the Fermi superfluid gases. The cases of sudden limit, the adiabatic limit and the general case are studied. The analytical result is in good agreement with the numerical ones. The adiabatic condition is proposed. In general situation, the zero-frequency point emerge. Finally the possible applications of the theory are discussed.     

金刚石纳米颗粒中氮空位色心的电子自旋研究

通过电子注入的方法制备了含氮空位色心单光子源的金刚石荧光纳米颗粒. 自旋回声测试结果表明, 纳米颗粒中氮空位色心的相干时间T₂很短, 介于0.86 μs至5.6 μs之间. Ramsey干涉条纹测试结果表明, 氮空位色心NV1点的退相干时间T₂^* 最大, 为0.7 μs, 其电子自旋共振谱可分辨的最小线宽为1.05 MHz. 并且NV1点的电子自旋共振谱可分辨氮空位色心本身的¹⁴N核自旋与 氮空位色心电子自旋之间的2.2 MHz超精细相互作用, 这对于在金刚石纳米颗粒中实现核自旋的操控和多个量子比特的门操作具有重要意义. 关键词： 纳米颗粒 氮空位色心 电子自旋     

Observation of optical Ramsey interference fringes in collinear ion beam-laser beam interaction by Doppler switching

We report the observation of optical Ramsey interference fringes in collinear ion beam-laser beam interaction. The analogue of separated fields is created by Doppler switching the ions in two successive zones of the common beam path. New conditions to study quantum interference effects are offered by this method.     

Spatial and Temporal Properties of a Nonlinear Optical Feedback System

We experimentally investigate the spatial and temporal properties of a nonlinear optical system composed of an optically addressed spatial light modulator and a two-dimensional optical feedback. The system property is examined using fringes with only one spatial wave vector. The fringes are spontaneously generated using a spatial frequency filter in the optical feedback. We also experimentally investigate the properties of the spatial light modulator in the system using ordinary interference fringes in order to compare with the system property. We demonstrate that the spatial frequency response of the nonlinear optical system is identical to that of the spatial light modulator. We also demonstrate the distinctive temporal behavior of diffraction lights from the fringes generated in the system.     

Ramsey fringes in a Bose-Einstein condensate between atoms and molecules

In a recent experiment, a Feshbach scattering resonance was exploited to observe Ramsey fringes in a 85Rb Bose-Einstein condensate. The oscillation frequency corresponded to the binding energy of the molecular state. We show that the observations are remarkably consistent with predictions of a resonance field theory in which the fringes arise from oscillations between atoms and molecules.     

飞秒脉冲激光1维强度调制的传输特性

实验研究了飞秒激光干涉条纹在CS2介质中传输的增长率与条纹间隔以及增长率与中心峰值强度的关系。结果发现,在非线性介质中传输的1维干涉调制特别是当其调制频率位于中心光强对应的最快增长频率附近时,随着传输距离的增加调制场迅速获得增长,将高斯光束分裂成多根峰值强度很高的带状细丝。相应的数值模拟与实验结果具有较好的一致性。     

Quantum optical ramsey fringes and complementarity

An interferometer in which an atom traverses two identical micromaser cavities in succession is proposed. Depending on the preparation of the cavity fields, the probability for finding the atom in a definite final state displays Ramsey fringes or not. If the initial cavity fields are such that the state of the atom between the cavities can be determined, then the Ramsey fringes disappear, as is required by the principle of complementarity.     

原子喷泉频标:原理与发展

介绍了喷泉频标的原理与发展.喷泉频标是一项近20年来发展起来的原子钟技术,它以激光冷却技术为基础,利用该技术实现了冷原子介质的俘获与上抛.冷原子介质在上抛下落过程中首先完成原子态制备,然后两次通过微波谐振腔实现Ramsey作用,在两次作用之间原子经历自由演化,最后原子经过探测区,通过双能级荧光探测法探测原子跃迁概率得到鉴频的Ramsey干涉条纹,并实现频率锁定,其中心条纹的线宽在1Hz左右.频率稳定度和频率不确定度是喷泉频标的两个重要指标.影响喷泉钟频率稳定度的因素主要有量子投影噪声和电子学噪声,目前喷泉钟的短期稳定度为(10~(-13)—10~(-14))τ~(-1/2),长期稳定度在(10~(-16)—10~(-17))量级.喷泉频标的频率不确定度主要受二阶塞曼频移、黑体辐射频移、冷原子碰撞频移以及与微波相关的频移等的影响.目前喷泉钟的不确定度在小的10~(-16)量级.作为基准频标,喷泉钟的工作介质主要是~(133)Cs,~(87)Rb.国际各大计量机构都研制了喷泉频标,它在各地协调世界时的建立、国际原子时的校准等方面发挥着越来越重要的作用.此外,喷泉频标还用于研究高精度时频基准和时间比对链路、验证基本物理理论等.