激光冷却原子

爱因斯坦认为,光是由光子组成的,光子是场的粒子,光子像实物粒子一样,也具有一定的动量p=E/c=hv/c=mc2/c=mc,因为光的速度很大c=3×108m/s,所以光子的运动质量就很小了.光子的动量如此之小,以致于我们在日常生活中几乎感觉不出它来.但是,对一个质量很小的原子来说,当它和光子相互作用时,光子动量就会引起原子的速度有可观的变化.     

双色激光场对运动原子的辐射压力

本文研究了双色行波场对运动原子的辐射压力，通过数值计算，分别得到了在不同光强，不同频率，不同传播方向条件下，原子在双色场中的受激跃迁速率和辐射压力随速度变化的关系。结果表明：双色场对原子的辐射压力和行波场及驻波场相比，有着许多不同特点，这些特点可以在激光冷却中性原子，原子速度选择，原子动量扩散的研究中加以利用。     

激光能俘获粒子吗?

 随着科学技术的深入发展.特别是六十年代激光诞生,使光学领域发生了一次重大飞跃,它不仅开创了光学技术的新局面,而且几乎没有那一门自然科学不感受到激光的巨大魅力的影响.与此同时,作为对光自身性质的研究,人们对光的力学效应产生了浓厚的兴趣.每个光子具有的动量虽小,但高亮度的激光束所表现出来的动量则可产生令人惊叹的宏观效应.目前已做到将Na原子的运动速度从600m/s冷却到平均速度近似为零.将原子冷却到10^-4K后进一步采用磁陷阱、射频陷阱或激光陷阱等把原子囚禁其中.     

激光辅助电子-He原子散射 --一种特殊情况下的微分截面的计算

利用二阶微扰论的方法计算了动量转移与激光场的偏振方向垂直条件下,电子－Ｈｅ原子碰撞的自由－自由跃迁的单光子和两光子交换的微分截面,结果与最近的实验结果符合得很好。     

激光辅助电子—He原子散射——一种特殊情况下的微分截面？…

利用二阶微扰论的方法计算了动量转移与激光场的偏振方向垂直条件下,电子－Ｈｅ原子碰撞的自由－自由跃迁的单光子和两光子交换的微分截面,结果与最近的实验结果符合得很好。     

物质波的群速度与德布罗意关系

由光的波粒二象性引发了关于实物粒子波粒二象性的设想。德布罗意认为:质量为m,以速度u运动的粒子,从波动性的角度来看,具有波长λ和频率v。这种与实物粒子相联系的波称为物质波。与光子一样,粒子的能量、动量、波长、频率之间遵从关系式:     

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…     

光晶格动量依赖偶极势中原子运动

研究了原子在光晶格偶极势依赖原子动量情况下的运动, 特别考虑了偶极势对原子动量的依赖特性. 对动量和位置的方差研究表明, 原子的动量方差呈现压缩性质, 位置方差呈现放大性质.据此我们预言光晶格动量依赖偶极势中的单粒子态可能接近动量压缩线态. 研究结果还表明, 红失谐情况下原子的动量演化可分为三个过程: 第一个过程是慢减速过程, 初始动量较大的原子, 动量以近似阻尼振荡的形式衰减; 第二个过程是快减速过程, 当动量被减速到接近到光子动量时, 动量迅速减小到hk(Ω/γ)², 其中hk为光子动量, Ω为拉比频率, γ为原子波函数衰减函数; 第三个过程是原子被囚禁过程, 当原子动能被降低到小于势井深度时, 原子被囚禁在晶格波腹附近. 关键词： 动量演化 光晶格 压缩态     

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     

光学总论 光学概论

O431.12006053803光的粒子性与多普勒频移=Particle property of light andDoppler frequency shift[刊,中]/胡成华(重庆交通大学理学院.重庆(400074))//湖北大学学报(自然科学版).—2006,28(2).—158-160从光的粒子性出发,运用狭义相对论中能量和动量的关系式,再根据原子发光过程中能量和动量的守恒定律,分析计算了运动原子和静止原子发射的光子的频率,从而得到了与波动光学中多普勒频移公式完全相同的数学表达式。图3参7(严寒)光学总论 光学概论…     

超冷原子物理学与原子光学(续完)

3　原子光学激光冷却中性原子技术的发展成熟 ,不只是促进超冷原子物理学这个新的研究领域产生和发展起来 ,还同时推动了另一个新的研究领域———原子光学的形成和进步 .原子光学是原子物理学与光物理学的交叉新领域 .在这个新领域中 ,人们类似光物理中处理光 (光子 )那样来处理原子 .从物质粒子与光子在波粒二象性方面的对称地位 ,很容易理解出现相应的物质粒子光学的必然性 .实际上 ,电子光学已经存在了相当一段时间了 (由于发展电子显微镜技术 ) ,类似的研究还有离子光学 ,中子光学等 .上述意义下的原子光学研究 ,最早应该追溯到 1 92 9…     

共振光压作用下单一速度原子束的偏转

近年来,研究粒子在辐射场作用下的运动很受人们的重视,因为这些研究成果可用于物理学、激光光谱学和其它一些科技领域的研究工作中。本文提出利用原子束在共振光压作用下偏转的原理,获得近于单速原子束偏转的方法,并建议利用单速原子束的偏转分析原子束中速度的分布,测量原子激发态寿命和检验光子动量传递过程的统计理论。     

激光驻波场作用下原子束横向速度聚束

分别从理论和实验上研究了在负失谐强激光驻波场作用下，原子速度聚集在某一特定速度附近的现象，即速度聚束，产生速度聚束的原因是，当原子的速度小于某一临界速度时，激光对原子的辐射压力加热原子，而当原子速度大于这个临界速度时则冷却原子，因此原子将伙集于这个临界速度附近。     

腔内单原子的激光冷却、囚禁与操控实验及其最新进展

本文综述了腔内单原子的激光冷却、囚禁与操控的基本原理、实验方案和结果及其最新进展,并介绍了腔内单原子激光操控实验的最新进展及其在腔内量子电动力学(腔内QED)效应、亚泊松光子统计、单原子激光、量子态制备、单光子源和量子信息处理等研究中的应用。     

腔内单原子的激光冷却、囚禁与操控实验及其最新进展

本文综述了腔内单原子的激光冷却、囚禁与操控的基本原理、实验方案和结果及其最新进展,并介绍了腔内单原子激光操控实验的最新进展及其在腔内量子电动力学(腔内QED)效应、亚泊松光子统计、单原子激光、量子态制备、单光子源和量子信息处理等研究中的应用。     

40K-87Rb原子冷却的半导体激光系统

对40K-87Rb原子冷却的半导体激光系统提出了一种实验方案,并进行了初步实验.采用三台外腔光栅反馈半导体激光器(ECDL)、四台注入锁定从激光器和一台半导体激光放大器组成激光系统.三台ECDL通过声光调制器产生四束光,分别作为40K和87Rb原子的冷却光和再抽运光,四束不同频率成分的激光分别注入锁定四台从激光器,然后Rb冷却光、K冷却光和K再抽运光再同时注入半导体激光放大器进行放大.该装置可同时产生冷却40K和87Rb原子的冷却光和再抽运光,结构紧凑、工作稳定.     

从光量子性看多普勒频移

从光的粒子性出发，分析计算了运动原子和静止原子发射的光子的频率，得到了完全相同的多普勒频移公式．     

锶原子二级Doppler冷却及温度的测量

为了减小锶原子跃迁谱线的多普勒增宽及频移,需要对锶原子进行激光冷却以降低它的速度,而一级冷却只能将原子温度降低至mK量级,这样的原子其速度过大而无法有效地装载至光晶格中,因此必须进行二级冷却.锶原子存在单重态与三重态(5s2)1S0-(5s5p)3P1间互组跃迁,利用与其跃迁波长在689 nm的窄线宽激光对锶原子进一步冷却,可将锶原子团温度降低至μK量级.利用时序有效、准确地控制磁场和光场与原子相互作用时间,通过飞行时间法对锶冷原子温度进行了测算.实验中应用计算机精确控制磁光阱区域中冷原子团下落时间,EMCCD记录冷原子团初始时刻和下落20 ms后的状态.经过分析计算二级冷却温度为4.39 μK,不确定度仅为0.19 μK,二级冷原子团数目约为1.2×10 7.低温二级冷却锶原子温度及原子数目的获得为锶光钟跃迁信号的信噪比估计提供实验参考,也是实现高精度时间频率标准的前提.     

光子真是简单的无质量粒子吗？——光子概念再剖析

在近代物理文献中,光子常常作为无质量粒子被提及。然而,光子同有质量粒子行为上有本质上的不同,从有质量粒子的物理学简单地令m=0不可能得到任何光子物理。光(子)的能量—动量色散关系,速度之参照框架的(非)依赖(性),自旋与自旋投影等基本物理性质都完全不同于有质量粒子。光子与有质量粒子的玻色—爱因斯坦统计上的差别也不是粒子质量有无的问题。光子概念来自基于实验结果提出的光场之能量量子,光场量子化同有质量粒子能量的量子化采用了完全不同的方案。光场量子化是对不同光场模式直接引入产生和湮灭算符,不同模式的光场之间没有作用,谈论光子的位置没有意义,则光子的计数性——其与定域性有关——也就成了问题。严格考察关于光(子)性质的描述及其背后的物理图像,可作为进一步深入理解光(子)之本性的开始。     

原子束的速度选择激光偏转

在激光偏转原子束实验中若使激光频率适当失谐，并令光束稍许偏离正交方向，则可偏转热原子束中具有特写速度的原子群。本文给出了这一简单选择方法的理论和初步实验结果。