冷原子紧密凝聚迈向原子光学

英国苏赛克斯大学的研究人员正对中性原子进行密集队形训练 ,同时使原子保持冷却 ,并按照指令行动 ,像电子和光子一样。其最终目的一般是集成原子光学 ,其中沿很好确定路径的受控中性原子流及其间的相互作用有可能形成一种新技术 (见图 1)的基础。图 1　以 1 0 ms间隔拍摄的序列图像显示在从陷阱释放 30 ms后掉落在一导向装置入口处的冷原子云。当它们进入硅光纤时原子消失 ,而 80 ms后当它们从底部的磁场反射又重新出现。2 5 mm长的硅管导向装置的像叠加到原子云图上　　收稿日期 :2 0 0 1— 0 5— 16　　据该校光学和原子物理中心教授 Ed…     

冷原子中的慢光

按一般的观念,光速ｃ在真空中为３×１０８ｍ／ｓ,是宇宙中绝对的最高速度。因而由Ｈａｕ等人描述的［１］光脉冲能以比快速自行车慢的速度传播就令人十分惊奇了。我们都知道,光在有一定折射率的透明媒质中传输其速度会适当减慢,如在水和玻璃中光速要减慢半倍至一倍。但对一般的光学材料而言,光速度能减慢的程度是有限的,因为使光速度变慢的折射率增大必然伴随对光吸收的增加。但在特殊情况下可以克服这一限制因素,即可以制造出一种完全透明的介质,在其内光速会大大变慢。此处讨论的系统是激光缀饰原子介质,由于光不直接和原子相互…     

偏磁场可控平行载流导线冷原子分束器

提出了一种采用平行载流导线的偏磁场可控的中性冷原子磁导引方案,计算了不同横向偏置磁场 情况下的横截面磁场分布,讨论了磁阱中心位置的变化,可以实现单通道或双通道可控磁导引。在此方案基础上,构建了一种利用纵向均匀偏置磁场 实现可控分束比的冷原子分束器方案,计算了横向磁阱的分布,给出了分束器的磁场等高面分布,并采用经典Monte-Carlo方法,模拟了冷原子在原子分束器中的动力学过程,得到了可调分束比的结果,验证了该方案的可行性。当纵向均匀偏置磁场 从- 0.005G增加到0.005G时,左右输出端的分束比从0.9/0.1变化到0.1/0.9。     

用于冷原子研究的小型集成化法拉第磁光隔离器

研制了一种高均匀性、小型化的法拉第磁光隔离器,用于780nm波长的光路中,并对设计方案进行了数值模拟和验证。采用了新颖的三段式“π”形磁体的组合设计方案,提高了剩磁利用率。隔离器整体体积为52cm3,其中磁体体积为18cm3,是相当小的。它的通光孔径为5mm,隔离比为34.6dB,透过率为90.9%。与之类似的“II”型磁体体积更小,磁场均匀性稍差,也是可行的设计方案。成品隔离器比商用隔离器磁场均匀度更高,体积更小,隔离比更高,可以有效满足研发中的冷原子平台的小型化、高精度需求。     

基于拉曼泵浦-探测光谱的冷原子温度估算

提出了基于拉曼泵浦-探测技术得到的原子吸收谱线获取冷原子温度的方案,并将其应用于85Rb原子磁光阱中.实验中,原子在囚禁光和探测光的共同作用下发生受激拉曼跃迁,产生亚自然线宽的类色散峰,通过把该类色散峰与理论模型进行拟合估算出被囚禁85Rb冷原子团的温度为230 μK.相对于飞行时间测温法,该方案提供了一种简捷的测量冷原子温度的方法.     

中性原子的磁导引及其应用

本文综述了采用载流导线或永久磁管等实现中性原子磁导引的原理、方法及其最新进展,并简单介绍了原子磁导引技术在原子光学和玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）实验以及各种原子光学器件研制等方面的应用.     

光致规范场下的冷原子及自旋量子霍尔效应

讨论了冷原子与激光场的互作用系统,对于碱金属原子例如6Li与激光场互作用系统,通过恰当的光场参数配置,构造出具二重兼并的能量本征态,可以分别定义两个简并态为自旋向上及自旋向下态,类似于自旋二分量体系,进一步研究发现,不同自旋态将感受到自旋相关的光致规范场.当原子在设定的空间分布激光场中运动时,其所感受到的有效自旋相关规范场将导致自旋霍尔效应,并产生可观测的自旋霍尔流.     

用于腔量子电动力学研究的铯原子双磁光阱

建立了铯原子双磁光阱(MOT)系统用来制备腔量子电动力学(Cavity-QED)实验所需的处于超高真空(UHV)环境中的冷原子。采用一束聚焦的连续激光束将气室磁光阱从背景铯蒸气中冷却并将俘获到的冷原子有效地输运到超高真空磁光阱,实现了铯原子双磁光阱。实验中研究了输运光束的失谐量对于超高真空磁光阱中的稳态冷原子数的影响,同时对气室磁光阱和超高真空磁光阱的装载过程作了分析。气室磁光阱和超高真空磁光阱的典型气压分别约为1×10-6Pa和8×10-8Pa,典型的稳态冷原子数分别约为5×107和5×106,冷原子等效温度约72±4μK。     

冷原子干涉仪中二维磁光阱线圈的优化设计

大通量冷原子源是实现高精度冷原子干涉仪的关键技术之一。为获得大通量冷原子源,通常采用二维磁光阱(2D-MOT)和三维磁光阱(3D-MOT)的级联结构,其中2D-MOT的磁场分布是影响其性能的重要因素。通过数学建模及有限元分析,对2D-MOT中不同构造(长方形、跑道形、马鞍形)的反亥姆霍兹线圈进行数值计算,分析了不同构造线圈的磁场分布及因在制造与装配过程中产生的偏心、线圈不对称、平行度及内径不对称误差造成的磁场零点漂移和磁场梯度变化。分析结果表明,在偏心误差C1.14 mm,线圈不对称误差I0.016 A,平行度误差1.02时,马鞍形线圈产生的磁场梯度更有利于制备大通量冷原子源。该结果为冷原子干涉仪2D-MOT的磁场系统设计和加工提供了理论指导。     

磁光阱中铯冷原子碰撞损失率系数的测量

利用磁光阱(MOT)技术获得了铯冷原子。通过观测磁光阱在装载过程中冷原子云荧光强度的变化,测量了不同俘获光功率下铯冷原子的碰撞损失率系数。在单个阱中完成了对碰撞损失率系数的测量。同时研究发现铯冷原子的碰撞损失率系数依赖于俘获光功率并随其增加而增大,该实验结果与Gallagher-Pritchard理论模型给出的结果一致,验证了辐射逃逸和精细结构交换碰撞是造成磁光阱中原子损失的主要原因,对于进一步提高磁光阱的俘获效率有重要意义。     

囚禁冷原子或冷分子的可控制光学八阱及其光学晶格

提出了一种利用单束平面光波照明二元π相位板与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学八阱的方案,计算了光学势阱的光强分布和可控光学八阱的几何与光学特征参数、强度梯度及其曲率;讨论了从光学八阱到四阱或到双阱的演化过程。研究表明,通过相对于透镜移动二元π相位板可实现光学八阱到四阱或到双阱的连续双向演化。讨论了利用该可控光学八阱组成二维光学晶格的方案。     

标量PML-FDTD算法在弱导光器件仿真中的应用

将标量时域有限差分法(FDTD)应用于弱导光器件的计算机仿真中，实现了标量时域有限差分法的理想匹配层(PML)边界条件．并对平行介质带定向耦合器进行了数值模拟和验证，所得结果与理论值非常一致。对平面光波导计算机辅助设计(CAD)将具有实际意义．可用于分析任意结构的弱导光器件。     

准二维磁光阱中俘获长条形冷原子团

介绍了在准二维磁光阱(2D+MOT)中获得超冷原子的实验装置及结果。利用四个矩形线圈、四束椭圆形光斑光束加两束圆形光斑激光束,得到准二维磁光阱,它的特点是势阱为长条形,轴向束缚较小,势阱整体体积比较大,因而可以俘获到数目较多的超冷原子。实验中心附近的磁场梯度为13×10-3Tcm,椭圆型光斑的长短轴为24mm7mm,圆形光斑直径为7mm,光斑功率分别为18mW,6mW。在该势阱中俘获长条形冷原子团的长度为12mm,直径为15mm,原子数为11×107,温度为400μK。     

一种新型的中性原子交流电磁囚禁

提出了一种新型的冷原子强场seeking态磁势阱 ,利用的是原子在交变四极场中受到的梯度力。计算结果表明通过选择合适的参数 ,可以控制势阱在轴向和径向的势阱深度。在得到一个径向势阱深度达 0 6mK ,纵向深度为 0 5mK的交流磁势阱 ,可以将温度为～ 10 0 μK的冷原子囚禁在径向 1mm ,纵向 4mm的范围内。如果撤消轴向囚禁 ,还可以获得一个径向囚禁深度为 1 8mK ,能将温度为～ 10 0 μK的冷原子囚禁在径向 5 0 μm范围内的新型磁导管。     

Chiral Mechanical Metamaterials for Tunable Optical Transmittance

Flexible metamaterials have been increasingly harnessed to create functionality through their tunable and unconventional response. Herein, chiral unit cells based on Archimedean spirals are employed to transform a linear displacement into twisting. First, the effect of geometry on such extension-twisting coupling is investigated. This unravels a wide range of highly nonlinear behaviors that can be programmed. Additionally, it is demonstrated that by combining the spirals with polarizing films one can create mechanical pixels capable of modulating the transmission of light through deformation. Guided by experiments and numerical analyses, pixels are arranged in 2D arrays to realize black and white and color displays, which reveal distinct images at different states of deformation. As such, the study puts forward a methodology for the design of an emerging class of flexible devices that can convert nonlinear elastic deformation to tunable optical transmittance.     

晶格原子光学及其应用

首先介绍了近年来发展起来的晶格原子光学,包括冷原子光学晶格、磁晶格和磁光晶格,并报道了国内一些小组研究磁晶格和磁光晶格的一些新结果.其次,简单综述了光学晶格中原子动力学、玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)和量子态的相干传输与控制等晶格原子光学研究的最新进展.最后,介绍了冷原子光学晶格、磁晶格和磁光晶格在光子晶体制备等方面的潜在应用.