Matter-wave interference in an axial triple-well optical dipole trap

This paper proposes a scheme of axial triple-well optical dipole trap by employing a simple optical system composed of a circular cosine grating and a lens. Three optical wells separated averagely by ～37 μm were created when illuminating by a YAG laser with power 1 mW. These wells with average trapping depth ～0.5 μK and volume ～74 μm³ are suitable to trap and manipulate an atomic Bose--Einstein condensation (BEC). Due to a controllable grating implemented by a spatial light modulator, an evolution between a triple-well trap and a single-well one is achievable by adjusting the height of potential barrier between adjacent wells. Based on this novel triple-well potentials, the loading and splitting of BEC, as well as the interference between three freely expanding BECs, are also numerically stimulated within the framework of mean-field treatment. By fitting three cosine functions with three Gaussian envelopes to interference fringe, the information of relative phases among three condensates is extracted.     

用空间光调制器产生三维光阱阵列

本文提出了用液晶空间光调制器制作复合相位光栅、产生三维光阱阵列的新方案．在本方案中,首先将一维矩形光栅转变为能够产生纵向光阱阵列的环形光栅,再把环形光栅和二维矩形光栅组合成复合光栅．根据现有空间光调制器的技术参数,模拟仿真设计了产生5×5×5光阱阵列的光栅,以普通功率的高斯光波为输入光,正透镜聚焦衍射光,计算输出光强分布,结果表明：在透镜焦点附近获得具有很高峰值光强和光强梯度的三维光阱阵列,囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级,对原子的作用力远大于原子的重力．用大功率激光作为输入光波时,产生的光阱阵列也能用于囚禁Stark减速后的冷分子．     

一种新颖的实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱及其二维光学晶格

原子光学晶格为精确操控中性原子和研究某些基本物理问题提供了一种方法。提出了一种利用单光束照明余弦型振幅光栅与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱新方案,计算了四阱的光强分布,讨论了从光学四阱到双阱或单阱的演化过程,并导出了光学四阱的几何参量、光强分布、强度梯度及其曲率与光学透镜系统参量间的解析关系,获得了四阱间距与光栅空间频率的关系。研究表明通过改变余弦光栅的空间频率即可实现从光学四阱到双阱或单阱的连续双向演化。     

实现冷原子、冷分子光学囚禁的组合三光学势阱方案

提出了一种利用单束平面光波照明液晶空间光相位调制器与透镜组合系统实现在透镜焦平面上的可演化组合三光学势阱方案.分析了该组合三光学势阱的形成原理,计算了势阱的相关特征参数,研究了从组合三光学势阱到双阱或到单阱的双向演化过程.最后,探讨了该组合三光学势阱及其新颖三阱光学晶格方案在实现物质波四波混频、三原子样品冷碰撞性质研究等领域中潜在应用前景. 关键词： 原子光学 原子分子囚禁 液晶空间光相位调制器 组合三光学势阱     

液晶空间光调制器产生可调三光学势阱

提出了产生三光学势阱的新方案, 在该方案中用液晶空间光调制器制作相位型闪耀光栅, 单色相干光照明, 产生按等边三角形分布的三个光学势阱, 三个光阱光强大小分布相同, 调节空间光调制器的相位分布, 可以改变光阱的相对位置, 实现三光阱到单个光阱、两光阱合并为一个光阱等演变及其反向演变, 调节过程简单、方便. 根据现有空间光调制器性能和尺寸, 模拟设计光栅, 计算三光阱的光强分布和调控过程中光强的变化, 结果表明: 用一般功率的激光照明, 能够得到具有较大峰值光强和较高光强梯度的可调三光阱, 在原子和分子光学实验研究中有多种重要的应用. 关键词： 原子和分子光学 可调三光学势阱 空间光调制器     

实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱

提出了一种利用单光束照明二元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四阱新方案.计算了四阱的光强分布，讨论了从光学四阱到双阱或到单阱的演化过程，并导出了四阱和双阱几何参数、光强分布、强度梯度及其曲率与光学透镜系统参数间的解析关系.研究表明，通过相对移动二元π相位板可实现光学四阱到双阱或到单阱的连续双向演化，获得了四阱或双阱间距与相位板移动距离的关系.该方案在超冷原子物理、冷分子物理、原子光学、分子光学和量子光学，甚至量子计算及信息处理等领域中有着广阔的应用前景. 关键词： 二元π相位板 可控制光学四阱 原子分子囚禁 原子光学     

可操控二种冷原子或冷分子样品的光学双阱新方案及其实验研究

提出了一种构建可囚禁与操控二种冷原子或冷分子样品的光学双阱的新方案,该方案采用常用的液晶空间光调制器作为分光器件,分光调制函数类似二元相位光栅;对提出的方案进行了模拟实验研究,并研究了从光学双阱到单阱的双向演化过程,该光学双阱的模拟实验结果表明与理论方案相符,双阱的操控性好,有利于二种不同的冷原子或冷分子样品的装载与操控等相关实验研究. 关键词： 原子光学 原子分子囚禁 液晶空间光相位调制器 光学双阱     

冷原子或冷分子囚禁的可控制光学双阱

提出了一种采用单光束照明二元π相位板与透镜组合系统产生的适用于冷原子与分子囚 禁的可控制光学双阱方案.计算了双阱的光强分布，研究了双阱到单阱的演化过程，并导出了双阱几何参数、光强分布、强度梯度及其曲率与光学系统参数间的解析关系.研究发现， 通过相对移动二元相位板可实现光学双阱到单阱的连续双向演化，得到了双阱间距与相位板移动距离的关系.该方案不仅简单可行、操作方便，而且在原子物理、原子光学、分子光学和量子光学领域中有着广阔的应用前景. 关键词： 二元相位板 可控制光学双阱 原子囚禁 原子光学 分子光学     

Characterizing optical dipole trap via fluorescence of trapped cesium atoms

Optical dipole trap (ODT) is becoming an important tool of manipulating neutral atoms. In this paper ODT is realized with a far-off resonant laser beam strongly focused in the magneto-optical trap (MOT) of cesium atoms. The light shift is measured by simply monitoring the fluorescence of the atoms in the magneto-optical trap and the optical dipole trap simultaneously. The advantages of our experimental scheme are discussed, and the effect of the beam waist and power on the potential of dipole trap as well as heating rate is analyzed.     

光镊系统的组建及光阱效应的观察

光镊是美国科学家Arthur Ashkin于1986年发明的,现被用来操控微小粒子和作为微小力的传感器.随着光镊技术的不断发展,光镊在生物大分子的操控和生物大分子生命过程中动力学研究方面发挥着巨大作用.本文介绍了光镊的工作原理,以及如何利用实验室现有条件,以较低成本搭建了一个简化的光镊系统,并观察了光镊对几种微小粒子的捕捉情况,证实了光阱有一定的作用范围,且其捕获能力随微粒尺寸增大而减小.     

三维光晶格中玻色凝聚气体基态波函数及干涉演化

基于Gross-Pitaevskii方程，运用有效化学势概念，研究了囚禁在组合势(由磁阱和三维光 晶格组成)中玻色凝聚气体在三维光晶格中的分布规律，并由此得到玻色凝聚气体的归 一化基态波函数.在取消组合势和仅取消光晶格而保留磁阱的两种情况下，运用传播子方 法求解出玻色凝聚气体密度分布的解析表达式.取消组合势后，理论计算所得到的玻色凝聚 气体聚随时间的演化规律与Greiner等的实验结果相一致.仅取消光晶格而保留磁阱时，研 究表明玻色凝聚气体的干涉模式呈现周期性的振荡行为.此外，在磁阱为各向异性的情况下 ， 关键词： 玻色凝聚气体 磁阱 光晶格 干涉模式     

Cell culture device using spatial light modulator

Spatial light modulator is introduced for cell culturing and related illumination experiment. Two kinds of designs were used. The first type put the cell along with the bio-medium directly on top of the analyzer of the microdisplay and set a cover glass on it to retain the medium environment, which turned the microdisplay into a bio-container. The second type introduced an optical lens system placed below the spatial light modulator to focus the light spots on specific position. Details of the advantages and drawbacks for the two different approaches are discussed, and the human melanocyte cell (HMC) is introduced to prove the feasibility of the concept. Results indicate that the second type is much more suitable than the first for precision required application.     

用错位相位光栅产生的可调光学双阱

提出了用相位型错位光栅产生光学双阱的新方案.用平面光波(或TEM₀₀模式高斯光波)照射、正透镜聚焦,在透镜焦平面上产生的适用于冷原子或冷分子囚禁的多对可调光学双阱.计算和推导了双阱的光强分布、强度梯度以及光阱的几何参数与光学系统参数间的解析关系,研究了双阱到单阱三种不同的演化过程.同时还计算了光学双阱囚禁冷原子的光学偶极势和光子散射速率.研究发现,该方案不仅简单可行、操作方便,而且在原子物理、原子光学、分子光学和量子光学领域中有着广阔的应用前景. 关键词： 原子光学 相位光栅 光学双阱 冷原子囚禁     

多值神经网络改进模型及其光学实现

本文提出一种改进的光学神经网络模型,并利用空间光调制器PROM构成的光学系统实现了这种模型的联想记忆运算.计算机模拟和实验结果表明,改进模型提高了光学神经网络的识别能力,并在—定程度上提高了存贮容量.     

基于混合光模式阵列的自由空间编码通信

光学涡旋的产生、传输与应用是当前光学领域的研究热点之一.光学涡旋具有轨道角动量,作为一种全新的自由度,丰富了目前光通信的方式.利用面向目标的共轭对称延拓傅里叶计算全息技术,基于空间光调制器,用单束激光直接产生混合光模式阵列进行编码通信.采用由单光涡和复合光涡构成的4种易于识别的模式组成2×2混合光模式阵列,进行灰度图像的编码传输.在接收端提取混合光模式阵列图的信息并进行解码,实现零误码的灰度图像再现.以传输一幅Lena图像为例,使用2×2混合光模式阵列进行编码通信,相对于传统单光涡编码通信,其信息容量可增加4倍.该方法光路简单易行,可扩展性强,进一步拓展使用4×4混合光模式阵列进行编码通信,信息容量提升16倍.提出的混合光模式阵列编码通信方法对于提高信息传输容量具有重要价值.     

Pixel size and pitch measurements of liquid crystal spatial light modulator by optical diffraction

We present a simple technique for the determination of pixel size and pitch of liquid crystal (LC) based spatial light modulator (SLM). The proposed method is based on optical diffraction from pixelated LC panel that has been modeled as a two-dimensional array of rectangular apertures. A novel yet simple, two-plane measurement technique is implemented to circumvent the difficulty in absolute distance measurement. Experimental results are presented for electrically addressed twisted nematic LC-SLM removed from the display projector.     

基于调制光晶格的中性分子束光学Stark减速与囚禁的理论研究

本文基于分子束光学Stark减速理论,提出采用调制的红失谐光晶格来减速和囚禁任意脉冲超声分子束方案,并予以理论研究.以CH₄超声分子束为例,利用Monte-Carlo方法模拟了调制光晶格中的分子减速与囚禁的动力学过程,给出减速级数、同步分子初始位相角与减速效果的关系.研究结果表明：随着减速级数的增加,被减速的分子波包逐渐从原来的分子速度分布的大波包中分离开来,且减速级数越高,减速后的分子速度越小.在其他条件相同时同步分子初始位相角越大,减速波包内的分子数目越少,同时位相空间被压缩.与未调制的光晶格减速方案相比,本方案中无分子自由飞行过程,在相同的光晶格长度内完成了双倍的减速级数.当光晶格长度取3.71 mm时,模拟结果显示CH₄分子从280 m/s减速至172 m/s,而未调制光晶格只能将CH₄分子从280 m/s减速至232 m/s,减速效果提高了26%.本方案可以集分子的减速、囚禁于一体,是一种新型的分子光学功能器件,在冷分子光学、量子信息、冷化学等前沿研究领域中有潜在的应用.     

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.     

用液晶空间光调制器产生光阱阵列

液晶空间光调制器能够方便地用于制作各种衍射型光学元件, 但液晶空间光调制器存在分辨率有限的缺点, 本文提出了用液晶空间光调制器制作相位型光栅, 产生一维和二维光阱阵列的新方案, 用迭代傅里叶级数算法优化设计光栅的相位分布, 在不改变空间光调制器硬件参数设置的情况下, 充分利用和发掘了空间光调制器的优点, 同时又能较好地回避其所存在的缺陷. 根据现有的空间光调制器的技术参数, 模拟仿真设计光栅, 计算光强分布, 结果表明: 用大失谐、小功率激光照明, 能够产生具有很高峰值光强和光强梯度的光阱阵列, 囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级, 对原子的作用力远大于原子的重力.     

液晶空间光调制器在光信息综合实验中的应用

提出了一种把液晶空间光调制器应用于光电信息综合实验的光学实验系统。系统中的空间光调制器采用光寻址液晶光阀和电寻址液晶光阀。给出了利用这一系统开设的四个光学信息处理实验。实践表明,该系统具有较好的教学效果。