大磁场梯度铯原子磁光阱中单原子的实验观测

基于中性原子的激光冷却与俘获技术,目前人们已可以对单个原子的外部乃至内部自由度进行有效的调控.从而可在单原子单光子的层次上对光场与物质的相互作用进行研究.     

中性汞原子磁光阱装载率的优化

量子投影噪声是影响光晶格钟的一个重要参数,提高磁光阱中装载率有利于降低量子投影噪声,可提升光晶格钟的性能.针对实验所用的汞原子单腔磁光阱,本文分析并计算了磁光阱中汞原子受力情况和一维运动规律,在此基础上用随机数方法对磁光阱中汞原子三维装载进行了数值计算,获得了磁光阱中的稳态原子数,研究了磁光阱的冷却激光的光强、失谐量以及磁场梯度等参数对稳态原子数的影响,得出了获得最优装载率的实验参数.涉及的计算方法和结论对汞原子光晶格钟的实验设计具有参考价值.     

Rb原子磁光阱中囚禁原子数目与实验参数的依赖关系

研究表明，Rb原子磁光阱中所囚禁的原子数目对囚禁光的光强和失谐量，回泵光的强度以及磁场梯度有很大的依赖关系.用二能级系统模型对囚禁原子数目随囚禁光的光强和失谐量的变化关系进行了预估，理论预测的结果与实验结果定性符合.实验结果也展示了囚禁原子数目随回泵光的强度和磁场梯度的变化关系，要定量解释这些实验结果则需要更复杂的理论模型.通过囚禁原子数目对实验参数依赖关系的研究，得到特定的实验参数，来获得最大数目的冷原子. 关键词： 磁光阱 冷原子     

光致原子解吸附对冷原子磁光阱装载的动力学研究

在获得光致原子解吸附(light-induced atom desorption,LIAD)效应的基础上,从理论和实验方面分析了LIAD对铯原子磁光阱装载的动力学过程的影响,特别是背景原子对磁光阱的影响.通过实验获得了不同光强和照射时间下关闭解吸附光后磁光阱中铯原子的衰减过程,理论模型定量地描述了背景铯原子造成压强的变化及其对最终平衡态下真空度的影响.该研究对中性原子的长时间俘获,有效控制磁光阱中原子的装载过程具有重要意义. 关键词： 光致原子解吸附 磁光阱 激光冷却与俘获     

在微观光阱中高效装载两个原子

近年来,微观光偶极阱操纵单个冷原子已成为包括量子信息处理在内多种原子物理实验的一种新的且行之有效的实验平台。人们希望能够完全操纵每个阱中单个原子的内部和外部自由度,以及阱中被囚禁原子的确切数目。     

利用原子芯片上Z形磁阱囚禁中性87Rb原子

利用解析和数值方法计算了Z形磁阱的囚禁势,发现当囚禁中心和芯片表面距离较远时(该距离和Z形线中部导线的一半长度相差不超过一个量级),势阱的深度不能近似表示成偏置磁场By对应的能量,而要减去囚禁中心的势能高度;而增加By进行磁阱压缩到一定值时,势阱深度反而会下降.此外介绍了原子芯片的制作方法,以及利用原子芯片上Z形磁阱囚禁中性87Rb原子的实验装置和实验过程.最终有2×106个87Rb原子被转移到Z形磁阱中.     

磁光阱特性及冷原子集合行为的实验研究

磁光阱目前已经成为量子光学领域的内的一种强有力的研究工具，在实现了铯磁光阱后，我人通过对实验系统的改进提高了磁光阱的性能，在此基础上对磁光阱中原子数目和密度与磁光阱参数（包括激光光强，失谐以及磁场梯度等）的关系进行了系统的实验研究，结果与我们的理论预计大致符合，同时我们还观察到调节冷却激光光束准直和补偿地磁场的姆霍兹线圈电流过程中出现的冷原子云形状的变化，包括原子云的干涉图样，多亮点原子云，环形原     

中性原子的表面双磁光阱及其应用

提出了一种新的采用载流导线的表面双磁光阱(MOT)方案(即双U型导线磁光阱方案)。通过改变中间U型导线中的电流大小,即可将一个双磁阱连续地合并为一个单磁阱,反之亦然。详细计算和分析了上述双U型载流导线磁光阱方案的磁场及其梯度的空间分布,研究发现当导线中的电流为600 A,z方向均匀偏置磁感应强度为-4.0×10-3 T时,双U型导线方案产生的两个磁阱中心的磁场梯度约为1.5×10-3~2.5×10-3 T/cm,结合通常制备磁光阱时所用的三维粘胶(Molasses)光束即可在基底表面附近形成一双磁光阱。理论分析表明在弱光近似下,每个磁光阱中所能俘获的85Rb原子数约为106 量级,相应的磁光阱温度约为270μK。由于双磁光阱可以独立制备,所以双U型导线方案特别适用于制备双样品磁光阱,并用于研究双原子样品的冷碰撞性质。     

利用原子芯片上Z形磁阱囚禁中性87Rb原子

利用解析和数值方法计算了Z形磁阱的囚禁势，发现当囚禁中心和芯片表面距离较远时(该距离和Z形线中部导线的一半长度相差不超过一个量级)，势阱的深度不能近似表示成偏置磁场B_y对应的能量，而要减去囚禁中心的势能高度；而增加B_y进行磁阱压缩到一定值时，势阱深度反而会下降.此外介绍了原子芯片的制作方法，以及利用原子芯片上Z形磁阱囚禁中性⁸⁷Rb原子的实验装置和实验过程.最终有2×10⁶个⁸⁷Rb原子被转移到Z形磁阱中.     

紫外光诱导原子脱附技术在单腔磁阱装载中的应用

基于光诱导的原子脱附技术，采用脉冲紫外光剥离出玻璃池壁上吸附的铷原子以形成可快速开启和关断的脉冲铷原子源，成功地解决了单真空腔系统中磁阱的原子数和寿命之间的矛盾，突破了激光冷却和囚禁技术向小型化乃至微型化发展过程中的一个瓶颈.脉冲光源由390nm的LED阵列组成.实验结果表明它能够在1s内使真空铷原子气体分压提高近30倍,并且当紫外光关闭后系统的真空恢复到平衡状态的时间非常短，约120ms.测量了不同铷原子分压下磁光阱所俘获的最大原子数和装载时间,并由此得出系统的背景真空和磁光阱所能俘获的极限原子数，进一步得出磁阱的原子数-寿命积与磁光阱保持阶段时间的变化关系，结果显示在约1.25s处出现极大值，与无磁光阱保持阶段而直接进行磁阱装载情况相比提高了约0.3倍. 关键词： 激光冷却 磁光阱 光诱导原子脱附 原子数-寿命积     

Observation of single neutral atoms in a large-magnetic-gradient vapour-cell magneto-optical trap

Single caesium atoms in a large-magnetic-gradient vapour-cell magneto-optical trap have been identified. The trapping of individual atoms is marked by the steps in fluorescence signal corresponding to the capture or loss of single atoms. The typical magnetic gradient is about 29 mT/cm, which evidently reduces the capture rate of magneto-optical trap.     

Single atoms transferring between a magneto-optical trap and a far-off-resonance optical dipole trap

Based on our work on single cesium atoms trapped in a large-magnetic-gradient vapour-cell magneto-optical trap (MOT), the signal-to-noise ratio (SNR) is remarkably improved. Also a far-off-resonance optical dipole trap (FORT) formed by a strongly-focused 1064~nm single frequency Nd:YVO₄ laser beam is introduced. One cesium atom is prepared in the MOT, and then it can transfer successfully between the MOT and the FORT which is overlapped with the MOT. Utilizing the effective transfer, the lifetime of single atoms trapped in the FORT is measured to be 6.9± 0.3~s. Thus we provide a system where the atomic qubit can be coherently manipulated.     

Dependence of loading time on control parameters in a standard vapour-loaded magneto-optical trap

Loading time is one of the most important dynamic characteristics of a magneto-optical trap. In this paper, we primarily report on a detailed experimental study of the effects of some magneto-optical trap control parameters on loading time, including the background vacuum pressure, the magnetic field gradient, and the intensities of trapping and repumping lasers. We compare the results with previous theoretical and experimental results, and give qualitative analysis. These experimental investigations offer some useful guidelines to control the loading time of magneto-optical traps. The controllable loading time achieved is helpful to enhance the signal-to-noise ratio of photoassociation spectroscopy, which is remarkably improved from 7 to 28.6.     

Continuously transferring cold atoms in caesium double magneto-optical trap

We have established a caesium double magneto-optical trap (MOT) system for cavity-QED experiment, and demonstrated the continuous transfer of cold caesium atoms from the vapour-cell MOT with a pressure of ～ 1×10^-6 Pa to the ultra-high-vacuum (UHV) MOT with a pressure of ～ 8×10^-8 Pa via a focused continuous-wave transfer laser beam. The effect of frequency detuning as well as the intensity of the transfer beam is systematically investigated, which makes the transverse cooling adequate before the atoms leak out of the vapour-cell MOT to reduce divergence of the cold atomic beam. The typical cold atomic flux got from vapour-cell MOT is ～2×10⁷ atoms/s. About 5×10⁶ caesium atoms are recaptured in the UHV MOT.     

Investigation of ultracold atoms and molecules in a dark magneto-optical trap

In this paper,ultracold atoms and molecules in a dark magneto-optical trap(MOT) are studied via depumping the cesium cold atoms into the dark hyperfine ground state.The collision rate is reduced to 0.45s-1 and the density of the atoms is increased to 5.6×1011cm-3 when the fractional population of the atoms in the bright hyperfine ground state is as low as 0.15.The vibrational spectra of the ultracold cesium molecules are also studied in a standard MOT and in a dark MOT separately.The experimental results are analyzed by using the perturbative quantum approach.     

Absorption spectroscopy of cold caesium atoms confined in a magneto-optical trap

Absorption spectra of cold caesium atoms confined in a magneto-optical trap are measured around D_2 line at 852nm with a weak probe beam. Absorption reduction dip due to electromagnetically induced transparency (EIT) effect induced by the cooling/trapping field in a V-type three-level system and a gain peak near the cycling transition are clearly observed. Several mechanisms mixed with EIT effect in a normal V-type three-level system are briefly discussed. A simple theoretical analysis based on a dressed-state model is presented for interpretation of the absorption spectra.     

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。