原子光学讲座第一讲几何与波动原子光学及其器件

文章首先简单介绍了冷原子操纵与控制的基本原理。然后，重点介绍了几何与波动原子光学及其器件的研究内容、潜在应用和最新进展，其中包括：原子束的反射和原子反射镜；原子束偏转（折射）、聚焦成像和原子透镜；原子衍射和原子光栅；原子干涉和原子干涉仪；原子全息学及其技术等。     

原子干涉仪和原子光学研究的最新进展

综述了近年来原子干涉仪和原子光学研究领域研究领域工作的最近进展。重点介绍了德布罗意原子物质波干涉仪的基本物理原理，原子的杨氏双缝干涉实验，利用受激拉曼跃迁的原子干涉仪和Ｒａｍｓｅｙ原子干涉仪。     

物质波在原子波导中传输时的波导衔接激发

物质波在原子波导中的传播特性是原子光学的重要研究课题之一.在原子光学集成化的设计中，将会遇到物质波从一段波导向另一段不同波导内的传输问题.由于不同波导的物理参数在衔接处的跳变，原子波的传输特性将在波导衔接处产生改变.研究了原子波在两段波导管衔接处的模式激发以及与此相关的物理现象.根据薛定谔方程，利用波导本征模式展开理论，分析了物质波的反射和激发与波导管特征参数以及物质波入射动量之间的关系，并给出了抑制处于基态模的物质波向高阶模式激发的条件. 关键词： 原子光学 原子波导 激发 模式截止     

原子光学讲座 第三讲 非线性原子光学

随着玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的实现及其非线性效应研究的快速发展，原子光学的一门新兴分支学科——“非线性原子光学”已初步形成，并取得了一系列重大的实验进展．文章重点介绍了非线性原子光学的研究内容、实验结果及其最新进展，主要包括原子孤子、原子物质波中的四波混频、光速减慢与负群速现象、超流及涡流（vortex）、Josephson效应和物质波的相位相干放大等．     

原子激光器与非线性原子光学：现代原子物理学的新进展

介绍了当前原子物理实验研究的两项最新突破：准连续全方位可调谐原子激射器（又称原子激射器）以及世界第一个非线性原子光学实验。前者在实现高亮度、高相干性原子激射器的研究方面迈出了极其重要的一步,后者则首次证明了物质波的多波混频效应,从而开辟了一个崭新的研究领域。     

冷原子干涉仪及空间应用

原子干涉仪是利用原子物质波的特性而实现的干涉仪,冷原子具有很小的速度和速度分布以及良好的相干性,因而冷原子干涉仪具有很高的灵敏度.文章介绍了原子干涉仪的基本物理原理、国内外研究进展、原子干涉仪实现方案及其在精密测量和空间科学领域中的应用.     

冷原子干涉仪及其应用

1前言原子干涉仪是利用原子物质波的特性而实现的干涉仪,其原理类似于光学中著名的杨氏双缝干涉仪,如图1所示.由于温度极低的冷原子物质波具     

德布罗意波及其干涉

介绍了德面罗意物质波的假设和实验验证，介绍了原子物质波的干涉和干涉仪的新成果。     

原子光纤中物质波演化的唯象描述

最近,Luo等人在实验上实现了所谓的原子光纤技术(原子物质波沿着一个25μm长的螺旋型波导走完了完整的两圈路径)。本文替该弯曲原子光纤中物质波的时间演化量子力学过程提供了一个唯象描述,主要讨论了三个相关问题：(i)原子物质波与弯曲波导相互作用的有效哈密顿量的构造;(ii)获得描述弯曲原子光纤中物质波的波函数;(iii)证明该物质波波函数恰好是原子动量算符的本征态,表明该唯象描述是自洽的。我们认为本文的唯象模型对于所谓的“原子光学”(atom optics)的研究是有一定意义的。     

冷原子穿越激光束的量子隧穿时间

原子通过激光冷却技术能够被制备在低温状态，这时冷原子云会展现出量子力学的波动性.研究了一束冷原子入射到一个蓝失谐的激光束上所表现出的量子力学隧穿效应.蓝失谐的激光束相对于冷原子而言等效于一个量子力学势垒.根据二能级模型，在理论上分析了具有内部结构的原子矢量物质波穿过激光束的量子力学反射与透射，特别是对原子穿越激光束所需的时间——量子隧穿时间进行了详细的研究.量子力学波动性使得冷原子穿越一个激光束时明显地展现出与经典粒子(热原子)不同的结果. 关键词： 冷原子 原子光学 量子隧穿     

负折射率材料对隐失波的幅度增益

分析了隐失波透过负折射率材料制成的透镜时,可以实现相位的调整,从而实现波的聚焦的原理;另外利用叠加原理(干涉法)及场量匹配法分析了负折射率材料如何实现对隐失波的振幅的放大,得到负折射率材料对隐失波有幅度增益,行波和隐失波都能聚焦成像的结论;并利用传输线理论提出隐失波透过负折射率材料平板时可等效地形成一个LC振荡电路,从而实现对隐失波的幅度增益.     

原子束在光定波场中的聚焦研究

建立了描述原子束在光定波场中聚焦行为的理论模型并通过数值计算给出原子在光驻波场中的运动轨迹,针对不同情况模拟了原子在基底上沉积的堆积图形.     

体全息光栅透镜的设计和应用

设计了一种新型的体全息光栅透镜, 在一块光学平板（体全息记录材料）内可以将输入光束产生横向传输并聚焦, 或对输入光点产生横传的准直. 它由一束平面波和一束球面波正交入射到光学平板上干涉形成的. 研究了该体全息透镜的光栅间距变化情况, 为设计和制备体全息光栅透镜及相关器件提供了理论依据. 基于两光束耦合波理论, 得到了该光栅透镜的耦合波方程, 近似计算了该透镜的衍射效率及其达到高衍射效率时透镜的最佳尺寸. 最后, 讨论了该透镜在集成光学等领域中的应用.     

Atomic scatterin G by a resonant standing light wave

The theory of atomic scattering by a resonant standing light wave is developed. It is shown that, if the natural width of atomic transition is larger than the recoil energy and the interaction time exeeds the spontaneous decay time, the atomic motion is described by the kinetic equation for atomic distribution function. The latter is a Fokker-Planck type equation and includes the light pressure force and momentum diffusion tensor. It is found that in a strong wave the maximum value of the force is limited, whereas the diffusion tensor increases proportional to wave intensity. It is concluded that for high intensities of a standing wave, it is the atomic momentum diffusion that is responsible for scattering.     

激光驻波场中Cr原子运动轨迹与汇聚沉积的分析

利用半经典模型，从铬原子在激光驻波场中的运动方程出发，通过数值解方法模拟了铬原子在驻波场中的运动轨迹，并分析了原子的纵向速度分布和准直程度及球差对沉积条纹结构的影响，同时也讨论了基片摆放位置对沉积条纹结构的影响，并通过实验得到了纳米光栅条纹结构. 关键词： 激光驻波场 原子沉积 运动轨迹 沉积分布     

Flat acoustic lens by acoustic grating with curled slits

We design a flat sub-wavelength lens that can focus acoustic wave. We analytically study the transmission through an acoustic grating with curled slits, which can serve as a material with tunable impedance and refractive index for acoustic waves. The effective parameters rely on the geometry of the slits and are independent of frequency. A flat acoustic focusing lens by such acoustic grating with gradient effective refractive index is designed. The focusing effect is clearly observed in simulations and well predicted by the theory. We demonstrate that despite the large impedance mismatch between the acoustic lens and the matrix, the intensity at the focal point is still high due to Fabry–Perot resonance.     

Atomic focusing and near field imaging: A combination for producing small-period nanostructures

We present a scheme which combines focusing of atomic de Broglie waves by standing light waves and fractional Talbot imaging to produce nanostructures. Masking of the incoming atomic wave by an absorptive grating is used to eliminate atom-optical aberrations that would otherwise wash out the fractional Talbot images. The scheme allows the creation of structures of very small feature size as well as small period. Received: 1 October 1999 / Revised version: 25 November 1999 / Published online: 21 January 2000     

高斯激光驻波场沉积Na原子的量子理论分析

利用量子理论,通过CRANK-NICOLSON数值方法对23Na原子受激光驻波场作用的物理过程进行模拟.模拟结果表明:正失谐时,原子以λ/2为周期会聚在驻波光场中波节处.随着光势阱加深或原子纵向速度改变,原子会聚结果分别符合薄透镜、厚透镜及沟道化模型.厚透镜模型中,当原子纵向速度增加,原子密度峰位置沿z方向向后漂移,峰在z方向半高宽增加.当激光功率增加或激光束腰减小,会聚面上峰半高宽减小,对比度增加,峰值增加.     

量子模型分析激光驻波原子透镜的像差

采用量子模型对近共振激光驻波原子透镜会聚Cr原子束、形成纳米量级光栅结构的物理过程进行数值模拟。为提高原子透镜的成像质量,对各种像差,如衍射像差、球差、色差、及原子束发散角、原子磁支能级、原子同位素等因素引起的像差进行了理论分析。模拟结果表明,相比粒子光学模型,量子模型能更加精确地描述原子会聚结果,且能解释原子在驻波光场中的衍射现象。在各种像差中,原子束发散角是最主要的因素,其影响大于衍射像差、球差、色差。原子的磁支能级、同位素等因素对像差影响很小,可以忽略不计。激光冷却准直原子束的方法可以减小束发散角引起的像差,压缩原子速度Vz分布范围的方法可以减小色差。     

On 2D Focusing of X rays Bragg-diffracted by a biaxially bent crystal

2D focusing of an X-ray wave Bragg-diffracted by a biaxially bent crystal is considered in terms of quasi-back diffraction scattering in the meridional plane. Analytical expressions for the focusing geometrical condition in the meridional plane and for the spatial distribution of the wave intensity in the same plane in the neighborhood of the point source image are derived. They differ from those currently available from the theory.