激光冷却和捕陷中性原子

３．３低于多普勒极限的冷却机制低于多普勒极限温度的冷却，基本都是在形成“光学粘胶”中依靠其它机制实现的．在这些机制中，必须考虑到原子的多能级结构，不再能简单地看成二能级系统．最典型的一种机制是偏振梯度冷却（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｇｒａｄｉｅｎｔｃ...     

组合光场增强压缩真空场中原子冷却作用

研究了行波和驻波构成的组合光场对压缩真空场中原子冷却的增强作用,发现作用于原子的辐射力具有很强的相敏性;附加适量的行波场,可使原子冷却温度比纯驻波场情况降得更低,甚至可低于多普勒温度极限以下两个数量级. 关键词：     

V形三能级原子的辐射压力和激光冷却

研究了压缩真空中V形三能级原子在单色行波场中的辐射压力和激光冷却. 从系统的哈密顿量出发,利用玻恩-马尔科夫近似,推导出了原子的光学布洛赫方程. 利用绝热近似,给出了平均辐射压力的表达式. 通过量子回归定理和爱因斯坦关系,给出了系统所达到的平衡温度的表达式. 讨论了量子相干强度、平均光子数和拉比频率对原子的自发辐射压力和冷却的最终温度的影响. 结果表明:低于多普勒极限的温度可以获得. 关键词： 压缩真空 自发辐射 量子干涉     

锶原子多普勒冷却温度的测量

在实现基于碱土金属锶原子(5s2)1S0→(5s5p)1P1的多普勒冷却实验基础上,分别采用短程飞行时间法和原子吸收膨胀法,测量了锶原子同位素88Sr(玻色子)冷原子团温度约为9 mK,87Sr(费米子)冷原子团的温度在2 mK左右,并结合多普勒冷却极限温度理论对实验结果进行了分析.为下一步1S0→3P1的窄线宽冷却提供了良好的基础.     

激光冷却的新机制

采用适当方法将激光束作用于原子,使光子和原子间发生动量的共振式转移以减少原子动能,达到冷却原子的目的.关于这方面的原理以及冷原子在极高分辨率光谱学、原子时钟、碰撞、表面物理和集体量子效应等物理领域中的潜在应用价值,Wineland和 Itano曾于三年前撰文介绍,发表于 Physics Today(June　1987,p.34).当时激光冷却使温度降至几百个μK,但最近三年来技术上的改进使温度猛降至几个μK,这是原先的传统机制所不能解释的.而现在我们已经搞清楚造成这种甚低温度的新物理机制. 一、多普勒冷却:传统机制 多普勒冷却原理可以用处于弱激光驻…     

用短程飞行时间谱对铯MOT温度的测量以及铯MOT中冷原子吸收光谱研究

介绍采用短程飞行时间(Time-of-flight:TOF)吸收谱测量铯磁光阱(MOT)中冷原子云温度的实验方案和结果.MOT中冷原子的温度是一个非常重要的参数.与通常的飞行时间荧光谱方法不同,我们采用短程飞行时间吸收谱来测量MOT温度.在MOT区域下方h处打一束柱状探测光束(实验中我们对于h = 2 mm～8 mm的情况作了对比研究),释放冷原子云后在其膨胀和自由下落过程中穿过探测光束即可测得TOF吸收谱,由此可推知MOT温度.在直径约15 mm的六束冷却与俘获光每束8 mW功率、相对于铯D2线Fg=4 - Fe=5冷却循环跃迁红失谐约10 MHz、四极磁场轴向梯度约11 Gauss/cm的条件下,由h = 3 mm时典型的短程TOF吸收谱推得相应的冷原子温度约70 μK,低于铯原子多普勒冷却极限TD=125 μK.此外,在冷却光及repumping光均开启的情况下,我们还对于MOT中冷却与俘获的铯原子的吸收光谱进行了研究,并使用Dress原子模型作了相应的分析.     

~6Li原子跃迁频率和超精细分裂的精密测量

本文实现了可用于锂原子频率精密测量的冷原子系统,获得了大数目的原子样品;利用西西弗斯冷却和速度选择相干布居俘获实现了~6Li的冷原子的灰色黏胶冷却,原子的温度被冷却到多普勒冷却极限以下,达到50μK;利用光学频率梳,实验上测量了D1线的跃迁频率和超精细分裂,测量结果和理论计算相接近,可以和目前最精确的测量相比较.这些测量为进一步的轻质量原子频率的精密测量、α常数以及核半径的精确标定打下了基础.     

一维σ^＋—σ^—冷却光和再抽运光对多能级钠原子作用研究

表述了包含钠２４个磁能级的原子在一维σ＾＋－σ＾－冷却光和再抽运光中各磁子能级粒子分布随时间变化的公式及多普勒冷却力，计算并讨论了不同冷却光失谱情况，不同抽抽运光强和失谐情况下原子的多普勒冷却力的上能级粒子数占基态总粒子数的比例Ｐ（ｖ）随速度的变化，该模型的计算结果能解释在磁光陷阱（ＭＯＴ）实验中的现象和和为磁光陷阱实验选择参数时的参考。     

一维σ~+-σ~-冷却光和再抽运光对一维磁光陷阱中的多能级钠原子作用的研究

表述了钠Ｄ２线跃迁所包含的２４个磁子能级的原子在一维σ＋－σ－冷却光和再抽运光中产生的稳态多普勒冷却力。讨论了不同磁场强度、不同再抽运光强和失谐情况下原子的多普勒冷却力及对磁光陷阱中最大捕陷速度、原子数目及温度的影响     

一维σ^＋～σ^—冷却光和再抽运光对一维磁光陷阱中的多能级钠原？…

表述了钠Ｄ２线跃迁包含的２４个磁子能级的原子在一维σ＾＋～σ＾－冷却光和再抽运光中产生的稳态多普勒冷却力，讨论了不同磁场强度，不同再抽动光强和失谐情况下原子的多普勒冷却力及对磁光陷阱中最大捕陷速度，原子数目及温度的影响。     

各向同性光场对原子束的分步减速

通过理论分析计算了积分球中各向同性光场对原子产生的辐射压力,提出了一种新的激光对原子束的减速方案:将原子炉产生的热铷原子束通过五个直径为10 cm的积分球,积分球内部各向同性光场的失谐量从Δ=-70Γ依次减小到Δ=-10Γ,从而可以对原子束进行减速和冷却。通过对减速过程的数值计算结果发现,该方案可以把速度小于331 m/s的原子束减速和冷却到小于1 m/s,接近多普勒极限。     

逃逸电子和不稳定性波反常多普勒共振实验研究

利用电子回旋辐射诊断系统并结合其他相关诊断研究了HL-2A托卡马克中逃逸电子与波间的反常多普勒共振作用.结果显示:欧姆放电下提高等离子密度能抑制逃逸电子束的不稳定性,但等离子密度的再次降低导致逃逸电子又会激发不稳定性波,并耦合不稳定性波发生二次反常多普勒共振作用.利用统计方法分析了HL-2A上不同放电阶段逃逸电子反常多普勒共振阈值(ωpe/ωce)区间大致都在0.17-0.54范围内.此共振机制导致逃逸电子在速度空间被波散射,平行能量转化到垂直能量,pitch角增加,同步辐射功率增强,逃逸电子能量限制在反常多普勒效应的阈值能量附近.基于反常多普勒共振的逃逸抑制能有效减轻逃逸电子对装置第一壁的损坏.     

涡轮叶栅前缘槽缝气膜冷却的数值模拟

应用FINE/TURBO软件包,求解三维雷诺平均N-S方程,对叶片前缘有两列冷却槽缝的气膜冷却流场进行了数值模拟,获得了不同吹风比下叶片表面静压分布与极限流线.在计算结果与实验数据良好符合的基础上,详细分析了槽缝冷却三维定常流场结构与槽缝附近的流动细节.研究结果表明,槽缝冷却对前缘压力分布影响较大,且在压力面引起较大的分离流动,不利于冷却.     

影响固体材料激光冷却若干因素的研究

采用一个简单的二能级系统来分析激光冷却的微观物理过程，从微观的离子数等方面讨论制冷功率，从而计算出温度的变化，同时讨论了影响制冷功率的因素，找到了提高制冷功率的途径，详细分析了掺杂离子浓度、抽运功率、有效吸收截面对冷却极限的影响.最后比较了计算结果与实验数据，二者基本一致，从而验证了采用该二能级系统理论分析反斯托克斯荧光制冷的合理性.     

多普勒效应的科学意义与应用价值

从多普勒效应的发现谈起,介绍了多普勒效应产生的原理,叙述了其在雷达、超声检测、天体物理、光谱学及激光冷却等领域的应用价值和科学意义,同时也简要介绍了华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室的相关研究方向.     

激光冷却KCl~–阴离子的理论研究

本文采用多组态相互作用方法计算了KCl~-阴离子前两个离解极限K(~2S_g)+Cl~-(~1S_g)和K(~2P_u)+Cl~-(~1S_g)所对应的3个电子态(X~2∑~+,A~2Ⅱ和B~2Σ~+)的电子结构.在计算中考虑了Davidson修正,核-价电子关联效应及自旋轨道耦合效应.预测了KCl~-阴离子的光谱常数和跃迁性质.计算得到(2)1/2(v')?(1)1/2(v")和(1)3/2(v')?(1)1/2(v")跃迁具有高对角分布的弗兰克-康登因子,分别为0.8816和0.8808;并且(2)1/2和(1)3/2激发态的自发辐射寿命分别为45.7和45.5 ns.分别利用(2)1/2(v')?(1)1/2(v")和(1)3/2(v')?(1)1/2(v")跃迁构建了准闭合的能级系统,冷却KCl~-阴离子所需的主激光波长分别为1065.77和1064.24 nm.同时预测了激光冷却KCl~-阴离子能达到的多普勒温度和反冲温度.计算结果为进一步激光冷却KCl~-阴离子的实验提供了理论参数.     

合成孔径成像激光雷达成像算法研究

在描述了调频连续波信号模型以及其外差接收体制特点的基础上,针对传统合成孔径雷达的"一步一停"模型中忽略的平台连续运动引入的多普勒频移项,采用线性调频连续波信号的合成孔径成像激光雷达瞬时距离较传统合成孔径雷达的改变.推导出在该模型下一种适用于机载合成孔径成像激光雷达系统的频率变标算法,一并考虑了在连续波信号模型中多普勒频移项对成像的影响.仿真证明了该算法能有效补偿平台连续运动带来的影响.     

全光学冷却与囚禁133Cs原子玻色-爱因斯坦凝聚的可能性

综述了近年来有关蒸发冷却¹³³Cs原子样品的实验进展,分析了磁囚禁¹³³Cs原子玻色爱因斯坦凝聚(BEC)的困难,并在此基础上提出了一个全光型冷却与囚禁¹³³Cs原子BEC的新方案.该方案主要由一个来自半导体激光(λ=0852μm)的倒金字塔形中空光束重力光学囚禁(pyramidal-hollow-beam gravito-optical trap,缩写为PHB GOT)和一个来自Ar⁺激光(λ=05013μm)的圆锥形中空光束重力光学囚禁(conical-hollow-beam gravito-optical trap,缩写为CHB GOT)组成.在PHB GOT中,冷原子经历了一个有效的中空光束感应的Sisyphus冷却(也即强度梯度冷却)和抽运光感应的几何冷却,原子温度将被从磁光囚禁(MOT)温度(约为60μK)冷却至几个光子反冲极限(约为2μK);而在Ar⁺中空光束囚禁(CHB GOT)中,冷原子将被Raman冷却或速度选择相干粒子数囚禁技术(velocity-selection coherent population trap,缩写为VSCPT)进一步冷却至光子反冲极限以下,并被激光频率高于原子共振频率的(也即蓝失谐的)covering光束压缩.我们就PHB冷却的动力学过程进行了Monte-Carlo模拟,并计算了Ar⁺中空光束囚禁¹³³Cs原子的光学势.研究结果表明,实现一个全光学冷却与囚禁的¹³³Cs原子BEC是可能的 关键词： 倒金字塔型中空光束重力光学囚禁 强度梯度冷却 氩离子中空光束囚禁 喇曼冷却 铯原子BEC     

纯热传导冷却产生软X射线激光

本文通过n_e=1×10~(19)cm~(-3)的热等离子体,在纯热传导冷却机制下的计算,得到了等离子体温度的时空变化,并运用碰撞-辐射模型计算了在这种条件下,类锂铝离子4f-3d,5f-3d跃迁的增益系数,计算表明:只要有合适的初始条件,用纯热传导冷却机制,也能产生软X射线激光增益.     

激光准直Cr原子束的实验研究

利用多普勒原理对Cr原子束进行横向准直.应用激光感生荧光技术稳定激光器的频率，把激光器的中心频率稳定在偏离Cr原子共振中心频率-5±0.26MHz的位置.根据理论计算出准直激光束的最小尺寸为13.7mm.根据实验数据选择合适的参数，实现利用多普勒原理横向准直Cr原子束，使原子束的横向分布缩小到原来的1/3. 关键词： 激光准直 激光感生荧光稳频 多普勒冷却