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.     

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。     

碱金属原子的光激发与光电离

本文研究了碱金属原子在三步激光脉冲作用下的光激发和光电离过程的动力学特性, 重点关注和比较了锂和铯原子的异同. 针对多种激发模式, 本文不但建立了其原子布居数在各个跃迁态的速率方程组, 还给出了各相关态的光激发和光电离过程的解析解. 通过精心设计并选择了特殊情况, 显著简化了解析解的数学表达式, 从而凸显和讨论了其物理内涵. 通过自行编程, 系统地计算和观察了各种激发模式对锂原子的光激发和光电离过程的可能影响, 研究和讨论了电离率随激光参数的变化规律. 在相同激发模式下, 比较和分析了采用两种不同激发路径所导致的各态原子布居率的变化, 凸显了改变原子参数所产生的作用. 探讨了锂和铯原子在类似的激发条件下在电离率方面的差别. 最后, 基于本文的研究结果, 本文指出了优化电离率的多种途径.     

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.     

基于振幅调制的超冷铯原子高分辨光缔合光谱的实验研究

基于振幅调制的超冷铯原子高分辨光谱的实验研究，用相对于铯分子6S_1/2+6P_3/2离解限红失谐的光缔合激光作用于磁光阱中超冷铯原子，观察到通过光缔合产生的激发态超冷分子.在实验中，为了得到高信号-噪声比的光缔合光谱，利用声光调制器对俘获光进行振幅调制，将探测到的超冷铯原子的荧光信号利用lock-in技术解调.同时利用密度矩阵方程系统地分析了实验结果.     

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     

锂原子的光激发和电场电离

对处于25P Rydberg态的锂原子进行了电场电离的理论研究。采用三步共振激发技术,沿2S1/2—2P3/2—3D3/2—25P的激发路径,使锂原子在25P Rydberg态上布居,再施加脉冲电场使其电离。针对上述光激发+场电离过程所涉及的各个原子态的粒子布居,建立起速率方程组,再通过拉普拉斯变换方法推导出各个态的粒子布居率和电离效率的解析表达式,以便对各个阶段的物理机理和特性进行理论分析。通过用Matlab语言自编的计算软件,不但定量分析了不同激光参数对光激发过程的影响,还研究了脉冲电场的参数对原子电离率的影响。研究表明,在本激发路径下,难以显著提高对25P Rydberg态的光激发效率,因而限制了电场电离的总体效率。     

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     

铯47D精细能级超冷里德堡原子自由演化的动力学研究

用连续窄线宽激光器将超冷铯里德堡原子分别激发到47D_3/2, 47D_5/2精细态, 观察了处于里德堡精细态的铯原子向超冷铯等离子体自由演化的过程, 详细对比了不同精细态的铯里德堡原子预电离时间、电离速率以及等离子体的转化效率. 将里德堡原子快速转化为等离子体的过程解释为局域势阱内由预电离产生的电子与里德堡原子的快速碰撞导致的雪崩电离.     

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.     

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.     

铷原子磁光阱中超冷等离子体的形成和演化

在铷原子的磁光阱中,通过光电离冷原子方法和稠密里德堡原子的自发演化方法产生了超冷等离子体。磁光阱中冷却并囚禁了10^7个原子,温度约为500μK,之后用一束脉冲激光将冷原子电离或者激发至高里德堡态,通过调节脉冲激光的能量控制离子数量或者里德堡原子的数量。利用延迟斜坡电场或脉冲电场引出超冷等离子体中的电子,对超冷等离子体的形成和演化进行了研究,并利用库仑势阱模型对实验结果进行了解释。实验结果表明,由于来自长寿命里德堡原子的贡献,里德堡原子自发演化形成的超冷等离子体的寿命比光电离形成的超冷等离子体的寿命长。     

铷原子磁光阱中超冷等离子体的形成和演化（英文）

在铷原子的磁光阱中,通过光电离冷原子方法和稠密里德堡原子的自发演化方法产生了超冷等离子体.磁光阱中冷却并囚禁了10^7个原子,温度约为500μK,之后用一束脉冲激光将冷原子电离或者激发至高里德堡态,通过调节脉冲激光的能量控制离子数量或者里德堡原子的数量.利用延迟斜坡电场或脉冲电场引出超冷等离子体中的电子,对超冷等离子体的形成和演化进行了研究,并利用库仑势阱模型对实验结果进行了解释.实验结果表明,由于来自长寿命里德堡原子的贡献,里德堡原子自发演化形成的超冷等离子体的寿命比光电离形成的超冷等离子体的寿命长.     

原子相干对里德伯原子稳定性的影响

研究了含级联双光子过程的多束缚态激光场诱导原子连续态结构系统中原子的相干捕获,给出了产生相干捕获的条件及暗态的表达式,讨论了原子初态和激光强度对原子相干捕获及粒子布居值在束缚态上分布的影响,揭示了原子相干对稳定里德伯原子的重要作用。     

室温铯原子气室窄线宽相干布居振荡光谱

相干布居振荡(coherent population oscillations, CPO)光谱是一种原子布居数调制光谱,主要利用两束位相锁定、频率差小于原子自发辐射线宽的耦合光和探测光与原子相互作用,激光强度调制会导致原子布居数相干振荡,实现窄带宽的探测光透射.本文基于L型原子能级结构,在室温铯原子系综中实现了相干布居振荡光谱,光谱典型线宽小于50 kHz,远低于5.2 MHz的自发辐射线宽. L型能级结构的相干布居振荡光谱线宽依赖多个简并能级系统的布居数关联振荡,其不要求原子态的相位关联,有利于在长激发态寿命的Rydberg原子系统中基于相干布居振荡获得窄线宽光谱,从而提高基于Rydberg原子光谱的精密测量的灵敏度.     

频率变化的压缩态光场与原子的相互作用

研究了频率随时间变化的压缩态光场与二能级原子的相互作用，主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下原子布居数反转随时间的演化特性.当光场频率随时间作正弦调制时，不仅光场频率调制，而且压缩态的压缩系数和压缩相位均对原子布居数反转的崩塌-回复过程有影响.当光场频率随时间作脉冲调制时，脉冲调制的突变使各拉比振荡之间的相干性发生改变，并在原子布居数反转随时间演化过程中诱导出新的崩塌-回复过程，尤其在脉冲出现的区间内，原子布居数反转表现出持续的小幅快速振荡，这与压缩态的压缩系数无关. 关键词： Jaynes-Cummings模型 压缩态 原子布居数反转     

V型原子系统中相干布居俘获的相干相位调制研究

在延迟脉冲激光场作用下的V型原子系统中，实现了对相干布居俘获，电磁感应透明的相干相位调制，选择适当的能级其调制频率可以达到飞秒量级.利用数值和解析分析得到了延迟脉冲和叠加态粒子数布居的关系，以及粒子布居受光场相位调制的特点和变化规律.利用这种机理可以实现飞秒量级的量子开关作用. 关键词： 相干相位调制 相干布居俘获 电磁感应透明 量子开关     

用于铯原子里德伯态激发的509 nm波长脉冲激光系统

介绍了一种用于里德伯原子激发的纳秒脉冲激光系统.实验利用两个kHz线宽的1018 nm连续激光器作为种子源,通过两个20 GHz带宽的光纤调制器产生时间分离的脉冲激光;脉冲激光经掺镱光纤放大器后输出峰值功率约4600 W,单次穿过PPLN(周期极化铌酸锂)晶体倍频获得509 nm脉冲激光,典型脉冲激光峰值功率约173 W.该激光系统单路输出脉冲重复频率在300 kHz—100 MHz范围连续可调,脉宽在1—100 ns范围连续可调.该509 nm激光在聚焦条件下可以实现GHz带宽的铯原子里德伯态激发.     

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