激光准直铬原子束研究

利用多普勒原理对Cr原子束进行横向准直.为了得到好的激光准直效果必须首先把激光的中心频率稳定在偏离Cr原子共振中心频率－5±0.26 MHz的位置上.经过多次的理论与实验得出了优化的实验参量,并且得出如果探测光束与准直光束不平行会造成横向线宽的展宽.根据实验数据选择合适的实验参量,实现利用多普勒原理横向准直Cr原子束,得到准直后Cr原子束的横向发散角为0.48 mrad, 横向温度为265 μK.     

铬原子束横向一维激光冷却的蒙特卡罗方法仿真

激光汇聚铬原子沉积实验中,铬原子束准直度的好坏非常重要.利用蒙特卡罗随机思想选取原子轨迹初始条件,将⁵²Cr原子以外的其他同位素、纵向速度分布和横向发散角等因素综合考虑,对铬原子束横向一维激光冷却进行了优化分析.经过与均匀取值法比较,这种方法能够更好地体现原子运动的不确定性,挑选出不参与冷却过程的同位素,使考察界面内原子束的横向位置分布更好的符合实验结果.结果显示,冷却过程中其他同位素的存在使原子束横向位置分布的中心最大值减小9.3%,半高宽增加11%,并且增加轮廓曲线的基底. 关键词： 激光冷却 蒙特卡罗方法 铬原子束     

电子束激发原子对金属蒸发的影响

在原子蒸气激光同位素分离工程(AVLIS)中,金属受电子束的加热而熔化,并向真空蒸发,蒸气原子通过电子束的过程中,可能与电子发生非弹性碰撞,被激发到高能级.在膨胀的过程中,高能级的原子通过与原子的非弹性碰撞消激发,将原子内的电子能量转换为蒸气的平动能.为了分析电子束与原子作用对蒸气的密度、速度和温度等物理特性的影响,采样直接模拟蒙特卡罗法(DSMC)模拟钆原子蒸发过程.模拟结果表明,电子束与原子的作用使得原子蒸气的速度增加,密度减小,温度升高 关键词： 金属蒸发 AVLIS DSMC 电子枪     

分子束及其在激光光谱学中的应用

原子束和分子束[1]广泛地应用于研究气体中分子的速度分布,原子之间与分子之间的相互作用截面,原子与分子在固体表面的反射和衍射现象,以及与原子和分子的激发和电离有关的问题. 在光谱学中,分子束是一种借以避免碰撞和消除多普勒加宽,从而获得高分辨率的传统方法.但是由于常规光源的低强度和分子束的低密度,使分子束在光谱学中的应用受到了限制.六十年代产生了激光器,特别是后来发展了调频激光器,激光的高光谱亮度使分子束光谱学又获得了新的动力.本文就分子束及其在激光光谱学中的应用作一简短的评述. 一、分子束技术 虽然分子束技术根据…     

锶原子互组跃迁荧光谱及其特性的研究

真空锁频系统是实现激光稳频的重要组成部分,在该系统中产生高分辨互组跃迁荧光谱((5s~2)~1S_0→(5s5p)~3P_1)是分析原子谱线相关特性及精确测量跃迁频率等参数的前提。本文通过将装载有毛细管的准直器置于锶炉内,从源头减小原子束的发散角,将原子束的发散角减小至3.1 mrad。即减小原子束的横向速度,进而减弱光与原子作用的一阶多普勒频移,实验最终得到分辨率较高且线宽为26 MHz的互组跃迁荧光谱。锶原子互组跃迁荧光谱特性的相关研究对于光晶格原子钟锁频系统的建立具有重要意义,因此本文从实验上探讨并分析了锶炉温度和激光光强等因素对互组跃迁荧光谱的影响。     

一种低速、连续、单色性好的冷原子束

本文提出一种利用磁光阱冷却捕获技术制备低速、连续、单色性好原子束的方法及技术.采用3维磁光阱从背景Rb蒸汽中捕获Rb87原子进行冷却、捕获形成原子云团,利用在纵向方向上结构设计的小孔将冷原子云团推出形成冷原子束,并在原子束行进方向上采用2维光学黏胶对原子束进行准直,采用态制备激光对其进行态制备,全部制备到Rb87原子的基态能级|F=1>上,从而为原子惯性技术(原子干涉仪、原子重力仪、原子加速度计)、原子频标(原子钟)提供低速、连续、单色性好的原子束.文章对于制备技术的实验系统及实验结果进行了详细的阐述.     

激光冷却获得高亮度的亚稳态惰性气体原子束和原子阱

高强度的亚稳态惰性原子束流在原子分子物理实验研究中具有广泛的应用.使用射频电离方法和激光横向冷却技术制备了高强度的亚稳态氪原子束流,并使用数值模拟方法对横向冷却激光场中的原子径迹进行了分析.通过激光诱导荧光光谱方法测量原子束的束流特性,结果显示,横向冷却后在束流源下游230 cm处的原子束流强度达1.6atoms/(s*sr),束流强度提高了两个量级.利用这种高强度原子束流,我们成功囚禁了1.3×10¹⁰个亚稳态⁸⁴Kr原子,同时冷原子装载速率达到了3.0×10¹¹atoms/s;并利用该装置成功地实现了高亮度的亚稳态氩原子束和原子阱. 关键词： 横向冷却 原子束 原子阱 惰性气体     

弱场中光抽运极化Eu原子束的制备

自五十年代首次实现光抽运技术以来,人们用它已对多种原子进行了极化原子束制备的研究[1～5],但所有这些工作只是以相对简单的碱金属原子为对象,而对价电子数大于1的复杂原子的极化原子束的制备目前尚未见报道.描述了用一台连续波染料激光器对复杂原子Eu进行了弱场制备极化原子束的实验研究,得到了较满意的结果.     

原子的激光冷却与捕陷（Ⅱ）

三、原子束的激光准直 上述激光减速原子束方法并不能得到很窄的原子束.相反,在减速途径上原子束会不断扩束.其原因:一是从束源出发时原子束总有原始发散角,束截面随路程增大;二是减速过程存在着横向加热效应.我们说原子在减速过程中因吸收反向光子而损失动量,而在各向同性的自发辐射中动量变化为零,这是统计平均的结果.”实际上每次具体发射时原子还是有动量变化的.这种变化的轴向分量最终导致纵向速率涨落,而横向分量会无规则地不断积累,最后使原子获得一平均横向速度υ.这就是横向加热.设减速过程中发生了n次吸收和发射光子的元动作,则为…     

对联三苯蒸气荧光特性的研究

本文系统地研究了对联三苯蒸气的荧光特性,测量了其吸收光谱、荧光光谱和荧光量子效率及其对温度、浓度,特别是激励波长的依赖关系,纠正了文献[2]报道的克分子消光系数值.本文提出了“脱宠子一内旋转效应”,借此能较合理地解释以对联三苯为代表的有机闪烁体蒸气的反常荧光特性.鉴于荧光量子效率对激励波长的强烈依赖关系,本文使用了氟化氪准分子激光在氢气中受激喇曼散射的第一级斯托克斯线和在甲烷中的第二级斯托克斯线泵浦对联三苯蒸气,但未能观察到激光输出.     

激光冷却在原子束六极磁透镜技术中的应用

分析了由六极磁场构成了原子束磁透镜的原理及像差。在比较了热原子束和单色冷原子束的会聚效果后得出结论：影响它成像的主要因素是色差。应用激光冷却技术能使这一影响减小,从而使磁透镜在原子光学领域得到更广泛的应用。     

铷原子热蒸气中强非线性效应产生激光模式图样的实验研究

研究了具有高斯横向分布的连续激光束单次通过铷原子蒸气后,在近共振附近铷原子蒸气中,由强的非线性克尔效应导致激光分裂成细丝的现象,并且这些细丝的衍射图样在远场通过相干叠加,可以形成具有规则结构的斑图模式.实验上研究了输入光功率,铷泡温度和抽运激光频率相对于⁸⁵Rb原子D₂线的不同失谐位置等因素对斑图模式的影响.由于铷原子的超精细能级结构,在铷原子蒸气中同时存在与三阶非线性效应相关的四波混频现象,通过扫描探测光的频率同时观察到具有斯托克斯和反斯托克斯光子的拉曼增益现象. 关键词： 铷原子蒸气 克尔效应 自聚焦 斑图     

二维磁光阱产生铯原子束的数值模拟

通过分析铯原子在σ~+-σ~-组态的圆偏振光照射下塞曼子能级的分布情况,构造铯原子在二维磁光阱(2D-MOT)中的受力模型,利用龙格-库塔方法求解铯原子的运动方程,实现原子束产生过程的三维模拟.得出原子束流量随小孔半径、铯原子蒸汽压、激光光强、激光失谐量、磁场梯度等的变化规律.与实验数据进行比较表明受力模型的正确性,该方法能直观模拟原子束的产生,准确揭示原子束流量随各项参数的变化规律,为实验提供理论指导.     

一种新颖的实现纳米条纹沉积方法研究

利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米量级条纹沉积技术是一种新型的研制纳米结构长度传递标准的方法,采用了一种新颖的方法,通过预准直孔的设定,将原子束在空间分成三部分,利用中间部分的原子束和近共振激光驻波场相互作用,在激光驻波场辐射压力作用下使原子按照特定周期沉积在基板上,从而实现纳米条纹的制作.利用两侧部分的原子束与探测激光束相互作用,通过其感生荧光来监测中间部分原子束沉积过程中的准直效果,从而为原子的沉积过程提供实时的原子束特性监测.最后对纳米沉积条纹在经由三狭缝预准直结构作用前后的效果进行了三维仿真,结果表明,未采用该三狭缝预准直结构时,纳米沉积条纹的半高宽为32nm,对比度为8∶1,而采用该三狭缝预准直结构之后,纳米沉积条纹的半高宽为6.2nm,对比度为28∶1,大大提高了纳米沉积条纹的质量.     

沟道效应作用下中性原子在激光驻波场中的沉积特性研究

基于半经典理论,建立了中性原子与激光驻波场相互作用的模型,分析了中性原子在激光驻波场沟道效应作用下运动轨迹及沉积特性,探讨了球差、色差和原子束发散角对沉积条纹的影响. 得到了上述三种影响因素下纳米光栅的半高宽分别为0.532,12.16,96.70 nm. 仿真结果表明,随着原子束发散角度的增加,沉积条纹的对比度将会下降,当原子束发散角分别为0.1 mard时,其对比度为85.2：1,发散角为0.3 mrad时,条纹对比度为5.33：1,而当发散角增加至0.5 mrad以上时,沉积条纹将会出现分裂现象,导致条纹的恶化. 关键词： 激光驻波场 纳米光栅 沟道效应     

电子枪功率与束宽对金属原子蒸气特性的影响

在原子法激光同位素分离工程中,电子枪加热金属铀产生的原子蒸气的密度、速度以及温度等宏观量分布特性是非常重要的参数.为了分析电子枪功率和束宽对原子蒸气密度、速度、温度、质量通量和速度分布等物理特性的影响,采用直接MonteCarlo方法用柱坐标模拟了铀原子平面蒸发动力学过程.在电子枪加热方式下,蒸发源温度场不均匀,而且温度场随电子枪功率和束宽变化.着重研究这种变化对蒸气各种物理特性的影响.模拟结果表明,电子枪功率越高,蒸气径向宏观漂移速度越大,蒸发量越大;电子束束宽越窄,蒸发量越大. 关键词： 金属蒸发 原子法激光同位素分离 直接MonteCarlo 电子枪     

熔融TiAl合金纳米粒子在TiAl(001)基底表面凝结过程中微观结构演变的原子尺度模拟

采用基于嵌入原子方法的分子动力学方法模拟了附着于TiAl合金(001)面的TiAl合金纳米粒子在不同温度下的原子堆积结构演变. 在模拟中, 熔融态(1500 K)的纳米粒子先被放置在温度分别为1100, 1000, 900, …, 200和100 K的基体(001)面, 随后急冷降温至基体温度. 通过逐层分析粒子内和基体表面的原子排列情况, 发现温度主要影响粒子内的原子堆积结构. 当基体温度很高时, 粒子内除了靠近基体的几个原子层外, 其他区域内均未形成有序的原子堆积结构. 随基体温度降低, 粒子内大部分原子逐渐形成了有序的原子堆积结构, 且粒子内出现了一个以基体(001)晶面为底面、以基体[101], [101], [011], [011]晶向为轴的近四棱锥形内区域, 此区域内外的原子均呈有序排列, 但原子面的取向不同, 因而形成了明显的界面. 随基体温度进一步降低, 这个内区域仍然存在但其体积不断减小, 同时在纳米粒子顶部有越来越多的原子再次呈现无序排列, 使此内区域愈加难以辨别.     

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.     

热透镜光谱技术及其应用

热透镜光谱技术是七十年代出现并发展起来的一种新的激光光谱技术.主要用于气体、液体的微弱吸收的测量和分子弛豫过程的研究[1].它与激光光声光谱技术[2]一样也是一种高灵敏度的热-光光谱方法.这种方法的依据是热透镜效应. 热透镜效应首先为J.R.Whinnery等人干1964年观察到[3]     

基于紫外激光光解离的慢速、干净的氟原子束源（英文）

在开展氟原子为反应物的低碰撞能散射实验时,慢速且干净的氟原子束非常关键.本文介绍了一种简单但十分有效的基于紫外激光光解离的氟原子束源,该原子束的特性在F+HD反应散射实验的高分辨飞行时间谱中得到检验.该束源为氟原子参与的低碰撞能研究奠定了重要基础.