无自旋交换弛豫原子自旋陀螺非线性特性实验研究

采用基于圆偏振探测光的光纤Sagnac原子自旋进动闭环检测技术,实验测试了无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋陀螺在两种不同抽运状态下的角速度输入/输出特性,发现了SERF原子自旋陀螺输出的非线性现象。基于SERF原子自旋陀螺理论,建立了非线性响应模型并进行仿真研究,仿真结果与实验测试一致。研究表明:SERF原子自旋陀螺的非线性由原子内在相互作用决定,与总电子弛豫率R_(tot)密切相关。     

基于光偏振旋转效应的碱金属气室原子极化率测量方法及影响因素分析

利用原子自旋效应能够实现超高灵敏度的惯性和磁场测量。一类操控原子自旋处于无自旋交换弛豫态的器件可以进行物理参数测量。碱金属气室为该类器件的敏感表头。碱金属原子密度与原子极化率是碱金属气室的重要参数,对研究原子自旋处于无自旋交换弛豫态有着重要的作用。光的偏振效应在量子计算和原子物理研究中发挥了重要作用。利用光的偏振效应能够实现对碱金属原子密度与原子极化率的检测。提出一种基于光偏振旋转效应的碱金属原子极化率测量方法。首先对碱金属气室加恒定磁场,利用激光作为检测光,根据光偏振旋转原理,检测通过气室的偏振光的法拉第旋转角,得到碱金属气室原子密度。然后将碱金属原子抽运,利用激光作为检测光,检测通过气室的偏振光的偏转角,得到碱金属原子极化率。该方法在测量原子极化率的过程中也测量了碱金属原子密度,实现利用一套系统测量两个重要参数,具有快速测量和高灵敏度等特点,简化了实验设备及过程。对两种偏转角进行仿真分析,得到该方法实验时检测激光波长变化对偏转角的影响,根据仿真图得到检测激光波长的可取范围,验证了该方法的可行性。最后分析激光器波长波动与磁场波动对其测量精度的影响,提出实验对激光器与磁场的要求。     

锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测

87Sr原子存在核自旋,在磁场作用下原子能级会分裂成不同塞曼子能级.通过光抽运对原子进行自旋极化,其自旋极化谱线的探测为锶光钟系统的闭环锁定提供精确的频率参考.本文对~(87)Sr原子钟跃迁能级5s~2~1S_0→5s5p~3P_0中的m_F=+9/2和m_F=-9/2的塞曼磁子能级自旋极化谱线进行了探测.经过一级宽带冷却和二级窄线宽冷却与俘获后,锶冷原子温度为3.9μK,原子数目为3.5×10~6.利用邻近"魔术波长"的813.426 nm半导体激光光源实现水平方向的一维光晶格装载.采用归一化探测方法用线宽为Hz量级的698 nm钟激光对~1S_0→~3P_0偶极禁戒跃迁进行探测,在150 ms的探测时间下获得线宽为6.7 Hz的钟跃迁简并谱.在磁光阱竖直方向施加一个300 mGs的偏置磁场获得塞曼分裂谱,并通过689 nm的圆偏振自旋极化光进行光抽运,最终在探测时间为150 ms时,获得左右旋极化谱线线宽分别为6.2 Hz和6.8 Hz.     

电子自旋偏振度及其弛豫过程的飞秒激光吸收光谱研究

基于二能级体系的速率方程，获得了非完全初始自旋偏振极化条件下的自旋偏振向上和向下 载流子布居弛豫的解析解. 基于小信号近似，给出了左、右旋圆偏振探测光的饱和吸收变化 的表达式. 此表达式中含有电子布居的初始自旋偏振度参数，因而用此表达式拟合实验数据 能够直接获取电子布居的初始自旋偏振度，而电子布居的初始自旋偏振度在自旋偏振输运研 究中是一个非常重要的关键参数. 实验获得了GaAs/AlGaAs多量子阱结构中光注入电子布居 的初始自旋偏振度及其弛豫时间常数. 关键词： 圆偏振抽运_探测技术 电子自旋偏振度 自旋偏振弛豫 GaAs量子阱     

自旋极化电子束及其应用

自旋极化电子束的获得,为自旋极化电子与原子碰撞符合实验研究奠定了基础,通过符合实验,已经能够获得电子原子碰撞的更多的信息,而且能够探测到碰撞过程中的自旋相关效应,并为分子结构及固体表面的研究提供了一种新的研究手段.     

电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化特性

本文研究了电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化矢量。对于数态探测场,在光信息转移过程中,两原子自旋极化矢量始终固定在z方向,大小变化非常明显,两原子一般处于混合态;对于相干态探测场,自旋极化矢量大小变化很微弱,两量子比特基本处于纯态,这有利于改善系综内原子之间的相干性,但自旋极化矢量的方向在x-z平面内。     

电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化特性

本文研究了电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化矢量.对于数态探测场,在光信息转移过程中,两原子自旋极化矢量始终固定在z方向,大小变化非常明显,两原子一般处于混合态;对于相干态探测场,自旋极化矢量大小变化很微弱,两量子比特基本处于纯态,这有利于改善系综内原子之间的相干性,但自旋极化矢量的方向在x-z平面内.     

微米气室铯原子自旋噪声谱

利用自旋噪声谱技术研究了无缓冲气体133Cs原子气室的自旋动力学和展宽机制.在宏观原子气室中,自旋弛豫速率失谐频率谱的线型为高斯分布;在空间局域较强的微米气室中,自旋弛豫速率失谐频率谱的线型为洛伦兹分布.实验测量得到的自旋弛豫速率失谐频率谱的展宽约4 GHz,明显大于宏观原子气室中约度强烈依赖于激光相对于原子共振跃迁的频率失谐;在微米气室中,由于较强的均匀展宽,总噪声的失谐频率谱中心处出现明显的凹陷.通过建立简化的物理模型来计算微米气室的展宽机制,在实验与理论中解释了原子的均匀展宽特性.     

圆偏振涡旋光致非轴向自旋和轨道运动研究

为了实现粒子的非轴向旋转操控,对圆偏振涡旋光的光致旋转特性进行了研究。理论上,利用T矩阵理论,计算光场作用于微粒的光力和力矩,分析圆偏振涡旋光场中自旋角动量和轨道角动量的取向对非轴向旋转效应的影响。研究结果表明：当轨道角动量和自旋角动量的方向相同时,粒子除受轨道矩和轴向自旋矩作用外,还受一个可观的横向自旋矩作用,可以诱导粒子同时做轨道和非轴向自旋运动;当轨道角动量和自旋角动量方向相反,则粒子受到的横向自旋矩难以驱动其做非轴向自旋运动。实验上,利用全息光镊系统捕获微米尺度的粒子,观察到粒子做轨道运动时的非轴向自旋现象,对理论研究结果进行了初步验证。     

InGaN薄膜中电子自旋偏振弛豫的时间分辨吸收光谱研究

采用飞秒时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱对In_01Ga_09N薄膜的电子自旋注入和弛豫进行了研究.获得初始自旋偏振度约为02,此结果支持在圆偏振光激发下,重、轻空穴带的跃迁强度比为3∶1,而不支持1∶1或1∶094的观点同时获得自旋偏振弛豫时间为490±70ps,定性分析了自旋弛豫机理,认为BAP机理是电子自旋弛豫的主要机理. 关键词： 电子自旋 InGaN 自旋极化 自旋弛豫     

自旋激光器的动力学特性及应用研究进展

在半导体激光器中引入自旋极化载流子是实现室温自旋电子应用的新途径,其超越了常规的磁阻效应。自旋极化载流子的注入导致自旋激光器具有丰富的动力学行为并展示出包括高频偏振振荡和偏振混沌动力学等特性,使其在保密光通信、量子计算、光信息处理和数据存储、可重构光互联以及生物医学传感等领域具有巨大的应用潜力。梳理了近年来自旋激光器的动力学特性及其应用研究进展。介绍了自旋激光器丰富的动力学行为及混沌演变机制;随后分析了自旋激光器的高频振荡特性;归纳了基于自旋激光器动力学特性的最新应用研究进展。在此基础上,展望了自旋激光器的发展趋势和面临的挑战,为相关领域的研究和工程应用提供参考。     

线极化Bell-Bloom测磁系统中抽运光对磁场灵敏度的影响

利用适用于线极化Bell-Bloom测磁系统的布洛赫方程和含有自旋弛豫的速率方程,以铯原子为研究对象,分析了抽运光对磁场灵敏度的影响,并在实验上分别采用与铯原子D1线和D2线共振的线偏光作为抽运光和探测光,用充有缓冲气体的气室进行了实验.实验结果与理论分析一致,均表明只有在一定的光强范围内,增大抽运光光强可以提高磁场灵敏度.且利用这一方法分析了原子的自旋弛豫对磁场灵敏度的影响.这项研究对于深入认识线极化的Bell-Bloom测磁系统,以及如何通过优化系统实现磁场灵敏度的提高具有重要的意义.     

本征GaAs中电子自旋极化对电子复合动力学的影响研究

采用时间分辨圆偏振光和线偏振光抽运-探测光谱,研究了9.6 K温度下本征GaAs中自旋极化电子与非极化电子的复合动力学及其随光子能量演化.发现自旋极化对电子复合动力学具有显著影响.仅在导带底附近测量时,两种方法测试到的复合寿命一致,而在高过超能量电子态测量时,两种方法测试到的复合寿命不一致.指出时间分辨法拉第光谱中,用于反演求解电子自旋相干寿命的电子复合寿命应该使用圆偏振光抽运-探测获得的复合寿命,而不是线偏振光抽运-探测获得的寿命.理论计算与实验结果吻合较好. 关键词： 圆偏振光抽运-探测光谱 自旋量子拍 自旋极化 GaAs     

一维铁磁/有机共轭聚合物的自旋极化研究

针对最近关于自旋注入有机体的实验研究，理论上计算了有机分子与磁性原子接触时的自旋极化现象.通过调节磁性原子的自旋劈裂强度，发现有机分子链内的自旋极化弱于金属链，但强于半导体链.同时还研究了有机分子链内自旋极化随电子-声子耦合强度的变化关系以及界面耦合的自旋相关效应. 关键词： 界面耦合 自旋极化 自旋劈裂     

转换反射中光自旋霍尔效应的自旋堆积方向

从理论上和实验上研究了转换反射中光自旋霍尔效应的自旋堆积方向的方法,建立了描述光束在空气-棱镜界面反射的自旋堆积模型,揭示了横移与光束入射偏振角的定性关系。研究发现,当入射角小于布儒斯特角时,随着入射偏振角的逐渐增大,自旋堆积的方向发生反转。而当入射角大于布儒斯特角时,自旋堆积的方向不再随入射偏振角的变化而反转。结果表明,在光束入射角为确定值且小于布儒斯特角的情况下,可以通过调控光束的入射偏振角转换自旋堆积的方向。转换自旋堆积方向的研究为有效调控光自旋霍尔效应提供了新的途径。     

铯原子激发态双色偏振光谱

基于铯原子阶梯型6S1/2-6P3/2-8S1/2 (852.3 nm+794.6 nm)能级系统,一束波长为852.3 nm的圆偏振光作为抽运光,将室温下气室中的铯原子由基态6S1/2激发到中间激发态6P3/2并极化,另一束波长为794.6 nm的线偏振光作为探测光,其频率在6P3/2—8S1/2态之间扫描,经过原子气室后差分探测便可获得铯原子激发态6P3/2—8S1/2能级跃迁之间的双色偏振光谱.实验上系统地测量、分析了抽运光频率失谐、偏振,以及抽运光与探测光同反向实验构型对双色偏振光谱的影响,并将其用于794.6 nm半导体激光器的稳频,锁频之后,225 s内的残余频率起伏约为0.5 MHz.     

光磁相互作用及自旋极化的光学调控

近年来,超短激光脉冲的发展为人们在极端时间尺度上研究光与物质的相互作用提供了有 效工具。皮秒时间尺度上研究磁有序材料中的自旋动力学过程已经成为凝聚态物理研究的热点, 促进了自旋电子学的发展。本论文基于飞秒激光抽运–探测技术,介绍了半导体及其纳米结构中 光注入自旋极化及其弛豫过程;综述了铁磁性薄膜中的超快退磁,激光诱导磁阻尼进动和逆法拉 第效应; 利用太赫兹脉冲的磁场分量,研究了反铁磁晶体中自旋共振模式的激发,相干控制以 及自旋重取向的探测; 最后介绍了超快光谱用于研究多铁性材料中电子、晶格和自旋间的耦合。 了解不同材料在超快时间尺度上的磁光、光磁效应的最新进展,有助于在磁有序的超快光控制研 究领域做出原创性的工作。     

超极化气体氙-129的低场NMR测量

在自旋交换光泵过程中,多种参数可能会影响到最终可获得的超极化气体氙-129核自旋极化度.通过低场(0.002 T)核磁共振(NMR)系统研究了连续流动工作模式的自旋交换光泵过程,当混合工作气体流量为0.3 SLPM和0.5 SLPM时,实验测量得到最佳光泵泡工作温度;对于同位素富集和自然丰度的氙-129气体,核自旋极化度的建立时间分别为15 min和22 min.由于混合工作气体的压力以及组分会导致铷原子吸收线的频移和展宽,并且影响到其线型,实验通过低场NMR系统测量确定了用于自旋交换光泵的最佳激光工作波长.低场NMR测量为获得具有高核自旋极化度的超极化气体氙-129,并且能够用于人体肺部MRI研究提供了实验依据.     

光自旋霍尔效应中的交叉偏振特性研究

从光束角谱理论出发建立了描述光自旋霍尔效应的傍轴传输模型, 利用这一模型分析了光自旋霍尔效应中的交叉偏振特性. 通过分析交叉偏振效应强度和入射角变化的规律, 发现交叉偏振效应越强, 光自旋霍尔效应中的自旋分裂越大. 为便于实验观察, 将入射角选在光自旋霍尔效应较强的布儒斯特角附近, 观测到了强的交叉偏振效应. 增大交叉偏振分量的同时减小初始偏振分量, 可显著增强光自旋霍尔效应. 这一调控方法为研制基于光自旋霍尔效应的新型光子器件提供了理论基础.     

通过极化原子束的磁偏转实现激光同位素浓缩

本文描述一种通过极化原子束的磁偏转实现同位素和同质异能素浓缩的新方法。用具有不同频率和偏振的激光进行选择性光抽运,使束中两同位素的原子分别反向高度极化,然后使这些反向极化的原子在经过自旋选态磁铁后沿不同方向偏转,从而实现同位素浓缩。推算了此法的选择性和产量,与其他方法相比,讨论了其优缺点和可能的应用前景。提出了用锂或钾进行实验的方案。 关键词：