超冷原子-分子转化动力学:受激拉曼绝热过程

获得超冷分子是超冷原子分子物理领域的新的热点研究课题。分子具有更多的自由度,能级结构密集、复杂,直接激光冷却存在困难。目前,人们一般借助外场把超冷原子耦合获得超冷分子。受激拉曼绝热通道技术(stimulated Raman adiabatic passage,STIRAP)作为其中一种非常有效地将超冷原子转化为超冷分子的方法已被广泛地研究。该文主要针对STIRAP过程中超冷原子-分子转化系统的动力学,绝热性、稳定性等理论研究的进展进行综述。     

基于方波脉冲外场的超冷原子-分子绝热转化

基于受激拉曼绝热通道技术,研究了方波脉冲外场下的超冷原子-双原子分子转化.运用绝热保真度的方法,详细分析了该原子-分子转化系统相干布居俘获态的动力学演化过程.研究发现,相干布居俘获态的最终绝热保真度随脉冲激光强度的变化呈现出大幅度的周期振荡.这表明本文所设计的方波脉冲方案与高斯脉冲方案相比具有明显的优势,可以在较小的脉冲激光强度下达到较高的绝热保真度并实现较高效率的超冷原子-分子转化.     

外场参数对超冷原子向异核三原子分子转化的影响

文章研究了利用双光子受激拉曼绝热暗通道技术实现超冷原子向异核三原子分子转化过程中,可控外场参量(包括拉比脉冲的强度,脉宽以及单光子失谐等)对系统绝热性和转化效率的影响. 结果发现,系统的转化效率随斯托克斯光强度的增大先减小,后振荡,最终趋于小于1的稳定值,而随抽运光强的增大先增大,然后很快趋于1,表明抽运光和斯托克斯光对超冷分子的形成具有不同的作用. 脉冲宽度既能决定最终转化效率的大小,也能反映达到稳定转化所需的时间. 单光子失谐为红失谐时,系统有比较高的稳定转化效率,而蓝失谐光脉冲则不利于超冷分子的形成. 另外,还讨论了超冷异核三原子分子转化系统在经历不同反应通道时绝热性和转化效率的差别. 关键词： 异核三原子分子 受激拉曼绝热暗通道 绝热参量 绝热保真度     

外场形式对超冷原子-多聚物分子转化效率的影响

通过改变激光场Rabi频率和原子-多聚物分子耦合强度, 探索了外场形式对超冷原子-多聚物分子转化效率的影响. 首先通过定义时间指数, 对文献所给出的外场做出改进, 讨论了时间指数对转化效率的影响; 然后选取一种更优化的外场形式, 其具有很好的参数鲁棒性, 该外场作用下的绝热过程几乎不存在振荡, 其绝热保真度接近于1, 系统误差较小, 可以稳定、高效地实现超冷原子-多聚物分子的转化. 关键词： 超冷多聚物分子 转化效率 外场形式 绝热保真度     

用于铯原子受激拉曼绝热输运过程的光源的产生

受激拉曼绝热输运(STIRAP)是一种有效制备和控制原子态的技术,在原子操控和量子信息中具有重要意义,最近几年得到广泛关注.研制用于特定原子的拉曼激光是实现该过程的重要一步.研究了利用光纤波导调制器及干涉滤波器等组成的系统实现用于铯原子STIRAP过程的光源的方法.通过直接调制高频光纤调制器获得正负一级边带,并利用两个...     

原子-二聚物分子转化系统在受激拉曼绝热过程中的绝热保真度

从原子-二聚物分子转化系统的非U（1）对称性出发,将保真度的定义推广到了非线性系统.并利用绝热保真度定量地研究了原子-二聚物分子转化系统在受激拉曼绝热过程中的动力学和绝热性.研究发现,这个系统的相干布居俘获态——暗态的绝热保真度作为绝热参量的函数以幂律关系趋于1.这个函数关系与线性系统的绝热参量和绝热保真度的幂律关系非常相似,但该系统的幂指数要远小于线性系统的幂指数.此外,还进一步讨论了如何通过优化受激拉曼绝热过程的外部参量得到更高的绝热保真度,从而优化系统的绝热性,提高原子-分子转化效率. 关键词： 原子-二聚物分子转化系统 暗态 受激拉曼绝热过程 绝热保真度     

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。     

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.     

超冷原子向异核四聚物分子A3B的绝热转化

提出了利用Efimov共振辅助的受激拉曼绝热通道(ER-STIRAP) 过程实施超冷原子向异核四聚物分子A₃B转化的理论方案, 得到了转化过程中中间态分别为同核Efimov三聚物A₃和 异核Efimov三聚物A₂B两种途径下系统的暗态解, 证实了ER-STIRAP技术对超冷异核四聚物分子A₃B合成的可行性和有效性. 研究了外场参数, 包括缔合光脉冲的强度、脉宽、磁耦合强度及其失谐量等对A₃B形成的影响. 对两种不同中间态的转化途径进行比较发现, 与中间态为异核Efimov三聚物A₂B的途径相比, 经历中间态为同核Efimov三聚物A₃的途径时系统实现最终四聚物分子A₃B的产率更高. 另外, 还讨论了系统内禀的非线性和中间态的自发辐射损失对异核四聚物分子合成的影响.     

激光诱导的四能级系统电子布居转移H

受激拉曼绝热通道(STIRAP)为我们提供了一种有效转移原子与分子中电子布居的方法.采用数值方法系统地分析了不同的四能级系统在受激拉曼迁移过程中电子布居的转移情况,计算了各种系统处于双光子共振和共振失谐时的转移率,并且讨论了在不同情况下第四能级对转移率的影响.计算结果表明,对于许多原子或分子系统,获得高的转移率所必须满足的条件是非常严格的,而有些四能级系统根本就不能获得高的转移率.(     

隧穿四能级结构中超冷铯分子转换的最优化光场条件

本文利用一个具有隧穿耦合效应的四能级结构模型来描述超冷铯原子制备超冷铯分子的过程,理论分析了受激拉曼绝热通道过程中的两激光脉冲参数对铯原子-分子转换效率的影响。结果表明,在原子-分子暗态条件下,通过双色光缔合利用双光子共振条件的最优化处理方法可以使转换效率提高到90%以上,并给出了两激光脉冲参数的最优化区间。另外,通过分析原子态和束缚分子基态上粒子数布居的动力学演化,给出了光场的最优化条件,只有适当的匹配两激光场的有效Rabi频率、延迟系数和脉冲宽度时,才能高效地实现超冷铯原子-分子的相干布居转换。     

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.     

非绝热效应对暗态的影响

研究了微腔中量单模驻波场与三能级Ｖ型暗原子相互作用的绝热动力学及其非绝热修正，详细分析了它对两激发态之间粒子数转化的影响，并由此讨论了体系绝热演化的条件     

光缔合制备超冷铯分子的温度测量

利用光缔合超冷Cs原子形成超冷Cs2分子,采用多光子电离方法对超冷Cs2分子进行探测,对分子扩散过程中分子密度随时间的演化进行测量,获得了超冷Cs2分子的弛豫曲线.基于一个简单的模型即原子、分子样品的初始分布是位置和速度的高斯函数,通过理论模拟获得了超冷原子、分子样品的温度,测得的原子温度与释放-再俘获方法获得的结果相符合,这种方法避免了通过探测微弱分子荧光来获得分子温度的弊端,可广泛应用于超冷原子、分子样品的温度测量.     

实现粒子布居高效转移的两种激光脉冲时序方案的理论研究

基于最近实验工作的结果(2010 Nat.Phys.6 265)即Danzl等在五能级M型级联系统中分别利用连续型和四光子型受激拉曼绝热通道(stimulated Raman adiabatic passage,STIRAP)实现了将Feshbach态上弱束缚的Cs2有效转移到其振转基态,本文理论研究了两种STIRAP方案实施的基本条件,解析推导系统的准暗态、绝热参数的具体形式并分析其存在的必要性,详细讨论布居转移效率对相关参量的依赖关系.通过比较激光脉冲的时序、中间能级的失谐量和自发辐射率、光场脉冲的幅值等诸多参量的不同影响,讨论方案各自的优缺点,找到了参量优化的方法以实现最高效的粒子布居数转移.与前人的实验结果相比,本文研究表明,实验观测值(约0.60)均低于理论预估最佳值(约0.97)的主要原因是受限于激发态能级的自发辐射率过大.该理论方案还可用于制备量子纠缠态,在量子逻辑门操控、量子信息传输等领域都有潜在的应用.     

里德伯原子向超冷等离子体的自发转化

在铯原子MOT中,利用三光子激发冷原子获得超冷里德伯原子,改变里德伯原子间的相互作用时间,获得超冷等离子体的信号.研究了里德伯原子向超冷等离子体的自发转化过程和里德伯原子的初始电离机理. 关键词： 里德伯原子 相互作用 等离子体 电离机理     

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。     

超冷单原子分子阵列

用光镊形成光阱囚禁单个原子、用激光将单个原子冷却到基态形成超冷原子、将超冷原子相干合成单个超冷分子、将单原子分子重排串成丰富多样的超冷单原子分子阵列,这就构成了精密相干可控的多粒子量子系统,为多种前沿科学研究与技术发展提供难得的量子平台.文章介绍近年来在单原子量子态高保真操控、异核原子量子纠缠、原子一分子耦合态相干控制...     

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.     

多原子分子量子反应动力学的半刚性振转靶模型研究

介绍一种多原子分子反应动力学的量子力学处理方法--半刚性振转靶模型. 这种模型对于精确计算某些多原子分子间的碰撞是十分有用的. 同时还介绍了绝热近似的方法.