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     

QUIC阱中紧束缚状态下87Rb原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚体相变的直接观测

在QUIC阱中经蒸发冷却获得了2×10⁵个|F=2,m_F=2〉态的⁸⁷Rb原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚.验证了紧束缚状态下原子云的轴向尺寸的变化作为BEC相变的判据，观察了从热原子气体到玻色-爱因斯坦凝聚的相变过程，测量了自由膨胀过程中BEC的纵横比变化，并和理论预言进行了对比. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 激光冷却与囚禁     

中性原子在单束局域空心光束中的Sisyphus冷却

我们提出了一种采用径向分布的π位相板产生局域空心光束的新方法。研究发现局域空心光束的径向暗斑尺寸与相对孔径的倒数的一次方成正比，而轴向暗斑尺寸与相对孔径的倒数的二次方成正比，这表明改变聚焦透镜的焦距，即可有效地改变局域空心光束的暗中空区域。此外，在焦点附近局域空心光束的强度梯度很大，当它处于蓝失谐时，由强度梯度感应的Sisyphus冷却效应将非常显著。因此，蓝失谐的局域空心光束不仅可用于中性原子的激光囚禁，而且也可用于中性原子的激光冷却。我们采用Monte-Carlo模拟方法就中性原子在单束局域空心光束中的Sisyphus冷却的动力学过程进行了理论研究。结果表明一个温度约为3μΚ和密度为～1012atoms/cm3的超冷原子样品可以在我们的单束局域空心光束囚禁中获得。进一步的理论分析表明如果通过改变聚焦透镜的焦距来压缩上述超冷原子样品，将光阱中的原子密度控制在碱金属原子的BEC密度范围之内，并同时采用光学势蒸发冷却技术，将原子温度进一步冷却至光子反冲温度附近时，一个全光学冷却与囚禁的碱金属原子BEC也许能在我们的单束局域空心光束势阱中实现。     

采用消逝波干涉的二维表面微光阱阵列

提出了一种采用两套超大红失谐消逝波干涉和一束蓝失谐消逝波光场来实现原子二维表面微光阱阵列和原子有效强度梯度冷却的新方案,得到了二维表面微光阱阵列的光强分布和光学势分布.研究发现,二维表面微光阱阵列中微光阱的光学势能够有效地囚禁从标准磁光阱中释放的冷原子,并且被囚禁的冷原子能在蓝失谐消逝波光场的作用下产生有效的强度梯度Sisyphus冷却,对⁸⁷Rb原子而言,原子温度能被冷却到2.56μK.该方案在冷原子物理、原子光学和量子光学领域中有着广阔的应用前景. 关键词： 消逝波干涉 微光阱阵列 原子囚禁 强度梯度冷却     

锶玻色子的“魔术”波长光晶格装载实验研究

光晶格中性原子光钟的不确定度已达到10^-18量级. 本文介绍了碱土金属锶原子玻色子⁸⁸Sr在“魔术”波长处的一维光晶格装载, 实现冷锶原子的囚禁并使锶原子的钟跃迁能级(5s²) ¹S₀-(5s5p) ³P₀在此波长处的交流斯塔克光频移一致. 实验中半导体激光器产生“魔术”光波长(813 nm), 通过实验搭建光学驻波场并获得晶格激光聚焦光束, 束腰半径为38 μm. 经过一级冷却和二级冷却后温度约为2 μK的冷锶原子被此“魔术”波长光晶格囚禁. 通过实验测量得到锶原子玻色子⁸⁸Sr光晶格寿命为270 ms, 数目约为1.2×10⁵, 温度在3.5 μK左右, 此外研究了晶格光功率对晶格囚禁原子数目及温度的影响作用. 原子的光晶格装载为后续的钟跃迁提供了长的探测时间, 为进一步的光钟闭环提供了实验基础.     

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.     

用于原子干涉仪实验的锂原子的塞曼减速与磁光囚禁

为了制备适于原子干涉仪实验的低温锂原子样品,开展了锂原子的塞曼减速及与磁光阱囚禁相关的实验研究.设计并实现了一种结构紧凑的腔体内冷式多级线圈叠加的塞曼减速器,将速度小于600 m/s的7Li原子减速到60 m/s,磁光阱装载速率为5×108/s,囚禁原子数目1×109个,原子团的最低温度约为220±30μK.研究了光学黏胶中7Li原子的寿命与囚禁光频率失谐量的关系.这些结果为进一步开展7Li原子亚多普勒冷却、光势阱蒸发冷却以及原子干涉仪实验奠定了基础.     

超冷85Rb133Cs分子转动态碰撞特性研究

使用损耗光谱技术测量了直接光缔合制备的X¹?⁺(v=0)振动基态超冷⁸⁵Rb¹³³Cs分子的转动态分布,使用微波脉冲技术操控了超冷⁸⁵Rb¹³³Cs分子转动态布居转化,对基态超冷⁸⁵Rb¹³³Cs分子最低振动态上纯转动态和混合转动态的碰撞特性进行了研究。具体地测量了⁸⁵Rb¹³³Cs分子分别处于X¹?⁺(v=0, J=1)转动态、X¹?⁺(v=0, J=2)转动态以及这两个转动态形成的混合态这三种情况下的分子布居演化,引入速率方程来描述损耗过程中分子的动力学过程并获得分子非弹性碰撞系数,实验发现转动混合态的碰撞系数高于纯转动态碰撞系数,造成这种差异的原因主要来自于相邻转动态之间的偶极—偶极相互作用。本工作为理解超冷极性分子非弹性碰撞机制、制备低温高密度超冷极性分子提供了重要参考。     

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     

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。     

~(87)Rb玻色-爱因斯坦凝聚体的快速实验制备

采用二维磁光阱产生了-个快速~(87)Rb原子流,并在高真空的三维磁光阱中实现了~(87)Rb原子的快速俘获,进一步采用射频蒸发冷却技术实现了原子云的预冷却,然后将原子转移到远失谐的光学偶极阱中蒸发得到了玻色-爱因斯坦凝聚体.实验上可以在25 s内完成三维磁光阱的装载(约1.0×10~(10)个~(87)Rb原子),然后经过16 s的冷却过程最终在光学偶极阱中获得5.0×10~5个原子的玻色-爱因斯坦凝聚体.实验重点研究了二维磁光阱的优化设计和采用蓝失谐大功率光束对四极磁阱零点的堵塞,抑制四极磁阱中原子的马约拉纳损耗,更加有效地对原子云进行预冷却.     

基于磁悬浮大体积交叉光学偶极阱的Dimple光阱装载研究

三维拉曼边带冷却后的铯原子样品装载于一个磁悬浮的大体积交叉光学偶极阱中, 继续加载一个小体积的光学偶极阱后, 实现了Dimple光学偶极阱对铯原子的高效装载. 对不同磁场下磁悬浮大体积光阱的有效装载势能进行理论分析与实验测量, 得出最优化的梯度磁场和均匀偏置磁场, 获得了基于磁悬浮大体积光阱的Dimple光学偶极阱的装载势能曲线, 实现了Dimple光学偶极阱对经拉曼边带冷却后俘获在磁悬浮的大体积光阱中的铯原子样品的有效装载. 比较了Dimple光学偶极阱分别从拉曼边带冷却、大体积的交叉光阱和消除反俘获势后的磁悬浮大体积光阱装载的结果, 将俘获在磁悬浮大体积光阱中的铯原子样品装载到Dimple光学偶极阱, 铯原子样品的密度提高了约15倍.     

Light-induced evaporative cooling in a magneto-optical trap

This paper presents an experimental demonstration of light-induced evaporative cooling in a magneto-optical trap. An additional laser is used to interact with atoms at the edge of the atomic cloud in the trap. These atoms get an additional force and evaporated away from the trap by both the magnetic field and laser fields. The remaining atoms have lower kinetic energy and thus are cooled. It reports the measurements on the temperature and atomic number after the evaporative cooling with different parameters including the distance between the laser and the centre of the atomic cloud, the detuning, the intensity. The results show that the light-induced evaporative cooling is a way to generate an ultra-cold atom source.     

Generations of dark hollow beams and their applications in laser cooling of atoms and all optical-type Bose－Einstein condensation

We report on a new experimental result to generate dark hollow beams by using a geometric optical method. We propose two new methods to produce focused and localized hollow laser beams by using π-phase plates. Using Monte-Carlo simulations, we have studied the Sisyphus cooling of alkali atoms in pyramidal hollow beam gravito-optical traps. We discuss some potential applications of the dark hollow beams in atom optics and the preparation of an all optically-cooled and optically-trapped atomic Bose－Einstein condensation (BEC). Our research shows that an ultracold atomic sample with a temperature of ～ 2μK can be obtained in the pyramidal hollow beam dipole trap and an all optical-type BEC may be realized in a far blue-detuned, hollow beam trap.     

Continuously transferring cold atoms in caesium double magneto-optical trap

We have established a caesium double magneto-optical trap (MOT) system for cavity-QED experiment, and demonstrated the continuous transfer of cold caesium atoms from the vapour-cell MOT with a pressure of ～ 1×10^-6 Pa to the ultra-high-vacuum (UHV) MOT with a pressure of ～ 8×10^-8 Pa via a focused continuous-wave transfer laser beam. The effect of frequency detuning as well as the intensity of the transfer beam is systematically investigated, which makes the transverse cooling adequate before the atoms leak out of the vapour-cell MOT to reduce divergence of the cold atomic beam. The typical cold atomic flux got from vapour-cell MOT is ～2×10⁷ atoms/s. About 5×10⁶ caesium atoms are recaptured in the UHV MOT.     

Intense source of cold cesium atoms based on a two-dimensional magneto–optical trap with independent axial cooling and pushing

We report our studies on an intense source of cold cesium atoms based on a two-dimensional(2D) magneto–optical trap(MOT) with independent axial cooling and pushing.The new-designed source,proposed as 2D-HP MOT,uses hollow laser beams for axial cooling and a thin pushing laser beam to extract a cold atomic beam.With the independent pushing beam,the atomic flux can be substantially optimized.The total atomic flux maximum obtained in the 2D-HP MOT is4.02 × 1010atoms/s,increased by 60 percent compared to the traditional 2D+MOT in our experiment.Moreover,with the pushing power 10 μW and detuning 0Γ,the 2D-HP MOT can generate a rather intense atomic beam with the concomitant light shift suppressed by a factor of 20.The axial velocity distribution of the cold cesium beams centers at 6.8 m/s with an FMHW of about 2.8 m/s.The dependences of the atomic flux on the pushing power and detuning are studied in detail.The experimental results are in good agreement with the theoretical model.     

激光冷却获得高亮度的亚稳态惰性气体原子束和原子阱

高强度的亚稳态惰性原子束流在原子分子物理实验研究中具有广泛的应用.使用射频电离方法和激光横向冷却技术制备了高强度的亚稳态氪原子束流,并使用数值模拟方法对横向冷却激光场中的原子径迹进行了分析.通过激光诱导荧光光谱方法测量原子束的束流特性,结果显示,横向冷却后在束流源下游230 cm处的原子束流强度达1.6atoms/(s*sr),束流强度提高了两个量级.利用这种高强度原子束流,我们成功囚禁了1.3×10¹⁰个亚稳态⁸⁴Kr原子,同时冷原子装载速率达到了3.0×10¹¹atoms/s;并利用该装置成功地实现了高亮度的亚稳态氩原子束和原子阱. 关键词： 横向冷却 原子束 原子阱 惰性气体     

PYRAMIDAL-HOLLOW-BEAM DIPOLE TRAP FOR ALKALI ATOMS

We propose a dark gravito-optical dipole trap, for alkali atoms, consisting of a blue-detuned, pyramidal-hollow laser beam propagating upward and the gravity field. When cold atoms from a magneto-optical trap are loaded into the pyramidal-hollow beam and bounce inside the pyramidal-hollow beam, they experience efficient Sisyphus cooling and geometric cooling induced by the pyramidal-hollow beam and the weak repumping beam propagating downward. Our study shows that an ultracold and dense atomic sample with an equilibrium 3D momentum of ～3 \hbar k and an atomic density above the point of Bose-Einstein condensation may be obtained in this pure optical trap.