近共振三维光学晶格中铯原子温度的参数依赖

介绍了四光束三维近共振光学晶格的方案,在铯原子磁光阱和光学粘团的基础上搭建了近共振光学晶格的光路,实现了光学晶格中冷原子的装载.利用短程飞行时间吸收法测量了近共振光学晶格中冷原子的温度,通过改变晶格的光强和失谐等条件,对近共振光学晶格中铯原子的亚多普勒冷却的参数依赖关系作了实验研究,并与光学粘团作了比较.     

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。     

三维光学晶格中铯原子的装载与冷却

建立了四光束的三维光学晶格势场,在铯原子磁光阱和光学粘团的基础上实现了红失谐三维光学晶格中冷原子的装载.借助于短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度,通过改变光学晶格的总光强和频率失谐等条件,对光学晶格中铯原子的亚多普勒冷却以及光学晶格中冷原子的寿命进行了研究. 关键词： 光学晶格 磁光阱 光学粘团 冷原子     

两类介质对单色激光的吸收系数的测量与比较

实验测量并比较了铯原子气室和吸收型中性衰减片对852.356 nm单色激光的吸收系数,以及两种介质吸收系数随入射光强变化的行为.对选择吸收和普遍吸收作了分析.采用单色光场与二能级原子系统相互作用的模型,就铯原子气室对852.356 nm共振光的吸收系数随入射光强的变化规律做了分析和拟合.     

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.     

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     

分布式反馈激光抽运铯磁力仪灵敏度相关参数研究

本文报道了分布式反馈(简称DFB)激光抽运铯磁力仪实验系统,研究并优化了激光光强、激光频率、射频强度、铯吸收泡温度、吸收泡缓冲气体压强等5类参数,测算得到不同情况下铯原子塞曼跃迁谱谱线宽度△f与信噪比S/N的比值,并利用公式δB=1γ/Cs△f/S/N(γCs为铯原子旋磁比)将其转化为磁力仪灵敏度,得到最优灵敏度为2.5 pT/Hz1/2.实验表明,本文所研究的5类参数都会不同程度提高磁力仪灵敏度,其中,激光频率、射频强度、铯吸收泡温度更是将灵敏度提高了10倍以上,这为更高性能、实用化半导体激光抽运铯磁力仪的研制提供了重要参考.     

电子-声子相互作用对正切平方量子阱中光吸收系数的影响

从理论上研究了电子-声子相互作用对正切平方量子阱中光吸收系数的影响,首先利用微扰论方法求出考虑极化子效应时正切平方量子阱的波函数和能级,然后利用密度矩阵算符理论和迭代法得到光吸收系数的解析表达式,最后以典型的GaAs/AlGaAs正切平方量子阱为例进行数值计算。结果表明,极化子效应对线性吸收系数、三阶非线性吸收系数和总吸收系数都有显著的影响,在相同光强的情况下极化子效应使光饱和吸收现象更加明显;考虑电声相互作用后,总吸收系数的改变量随着势阱宽度b的减小和势阱深度V0的增加而增大。     

磁光阱中超冷钠-铯原子碰撞的实验研究

研究了磁光阱中异核超冷钠铯原子的碰撞机理, 测量了超冷钠原子的碰撞损失率, 得到了钠-铯原子的碰撞损失系数β_Na-Cs与钠原子俘获光强度之间的关系. 利用多普勒模型计算了不同俘获光强度下的钠原子磁光阱的阱深, 得到了临界光强的理论值, 与实验结果符合得较好.     

一套实用的铯原子喷泉光学系统的设计及建立

介绍了实现铯原子喷泉的过程及条件,并详细讨论了光路中各种光学元件对铯原子喷泉光学系统性能的影响。在对各种光学元件性能综合考虑的基础上,设计并建立了一套用于进行激光冷却和上抛的铯原子喷泉的光学系统,使光强控制、失谐调整、光束开关、光束质量等多种参量的控制达到了技术要求。在此基础上,实现了铯原子磁光阱,为实现铯原子喷泉奠定了基础。     

在不同原子汽室空间中原子相干特性的比较

我们对不同铯原子汽室空间中,电磁诱导吸收(EIA)与电磁诱导透明(EIT)特性进行了比较。通过理论模拟原子在不同多普勒背景下的周期性吸收调制与原子相干效应的关系,表明在狭小空间下的原子,其EIA效应较弱,EIT较强这一特性对应于介质可获得更好的周期性吸收调制,这一特性可用于改善原子汽室中的光子晶体特性。     

459nm可调谐法拉第反常色散滤光特性

本文考虑到铯原子６Ｓ１／２→７Ｐ１／２跃迁谱线（４５９ｎｍ）的超精细结构，对铯原子气体的法拉第反应色散滤光器的透过率，中心频率调谐特性，通频带宽与外加纵向磁场强度，原子汽室温度的关系进行了理论分析。     

铯原子束频标中的Majorana跃迁频移

本文对铯原子频标中的Majorana跃迁频移进行理论上的探讨。通过经受低频和微波多重共振的多能级系统的铯原子量子态变化的分析,认为产生这种频移的物理机制在于C_s¹³³原子穿过空间变化磁场时感应了塞曼子能级间的跃迁,扰动了频标赖以工作的两个能级相应态的相位,这个过程又相干于Ramsey共振过程中,最后导致Ramsey共振频移。基于此机制,解释一些有关实验现象并提出消除和减少Majorana跃迁的判断方法。     

EIT增强色散及光速减慢的实验研究进展

EIT(Electromagnetic induced transparency)导致的光速减慢(Slow light)、光信号存储等现象使人们有可能驾驭自然界最迅速而又难以捉摸的能量形式,为量子信息的存储与提取带来了方便,因而在量子信息处理中有极大的应用潜力,对于量子信息和量子计算的发展具有重要意义. 我们在国家海外杰出青年基金(69928504),国家自然科学基金(69978013)以及山西省青年科学基金(20001016)的支持下开展了Cs原子的EIT实验及理论研究.在常温Cs原子汽室中探测到由原子相干布居导致的60%电磁感应透明凹陷以及在透明凹陷区较大的色散增强现象,通过色散曲线推测到探针光在Cs原子汽室中光速减慢了1/418倍. 实验中我们使用两台带宽小于2MHz的可调谐外腔反馈半导体激光器作为探针光和泵浦光,分别将其调谐于铯原子D2线的超精细能级跃迁(62S1/2,F=3→62S3/2,F′=4)线附近和锁定于共振跃迁(62S1/2,F=4→62S3/2,F′=4)线上,并使探针光与泵浦光同向传输经过Cs原子汽室消除多普勒效应的影响.探针光和泵浦光功率分别为4.7μW和264μW.实验结果表明,由于EIT效应,使探针光在Cs原子汽室中的传输速度得到较大的减慢.由探针光在原子汽室中的色散曲线斜率得到在共振频率处Cs原子的折射率系数变化为δn/δω=1.89×10-13Hz-1,从而得知光在原子汽室中群速度的降低值. 与此同时,我们也观察到在非共振区Cs原子吸收增强效应.这一效应导致原子出现反常色散现象,预示着光在原子汽室中速度有所增加.目前我们正在通过对探针光进行强度调制来完成光速减慢以及增快的直接测量.     

铯原子气室中相干布居俘获的参数依赖关系研究

基于铯原子基态6S_1/2的两个超精细能级（F=3与F=4）与激发态6P_3/2的超精细能级（F′=4）构成的Λ型三能级系统,采用室温下的未充缓冲气体和充有分压为266.6 Pa的氖气作为缓冲气体的铯原子气室对于相干布居俘获（CPT）的参数依赖关系进行了实验研究和理论分析.主要研究了CPT信号的半高全宽和幅度对于频率差为铯原子基态6S_1/2的超精细分裂（9.19263177 GHz）且位相锁定的两激光束的功率、光强比值、光斑直径、磁屏蔽之后的剩余磁场以及是否充缓冲气体等实验参数的依赖关系.在优化的实验参数条件下获得了约340 Hz的CPT信号半高全宽.     

腔增强热里德伯原子光谱

高精度里德伯原子光谱在研究里德伯原子间的相互作用、里德伯能级结构、电磁场的精密测量等方面具有重要的应用价值,里德伯原子光谱对比度、信噪比的提高和线宽的压窄是获得高灵敏测量的基础.本文通过理论和实验研究了腔增强的里德伯原子光谱,与自由空间的光谱相比实现了在光谱线宽不变情况下11.5倍的光谱对比度和信噪比的提高.其原因是在双光子共振处产生的电磁诱导透明和光泵浦效应会导致腔内原子对探测光吸收的减弱,提高了光学腔的阻抗匹配效率,从而使进入腔内的光强增大,因此提高了里德伯原子光谱的对比度和信噪比,提高的倍数取决于探测光穿过原子的透射率.预期通过优化铯原子温度,光谱的对比度和信噪比能够提高23倍.本工作为提高里德伯原子光谱的对比度和基于里德伯原子的精密测量灵敏度提供了参考.     

超冷铯分子纯长程态转动常数的精密测量

利用调制的俘获损耗光谱技术实验测量了超冷铯分子纯长程0_g^-态的高分辨光谱. 采用双光缔合光谱技术构建了精确的频率差参考信号, 对转动能级的共振频率间隔进行了精确的标定, 获得了转动能级频率间隔与转动量子数的关系. 通过将实验数据拟合到非刚性转动模型, 获得了超冷铯分子纯长程0_g^-态不同振动态的转动常数. 实验结果表明转动常数随振动量子数的增加而线性减小, 线性递减率为-0.41 MHz±0.01 MHz. 关键词： 双光缔合光谱技术 超冷铯分子 转动常数 纯长程态     

可控制光学双阱实验及非对称双阱的应用

根据用相位板产生可控制光学双阱的实验方案,制作了具有不同相位差的相位板,测量了不同相位差相位板衍射光强分布和从双阱到单阱演变过程中的衍射光强分布,得到了理论与实验一致的结果.进一步分析实验结果发现:相位差△ψ≠π的相位板,产生非对称光学双阱,在原子光学实验中也有很重要的应用,从而拓展了光学双阱在原子光学实验中的应用范围.     

超低频调制光缔合光谱的实验研究

通过激光冷却技术在磁光阱中俘获原子数约107,温度约200 μK,直径约400 μm的超冷铯原子,利用超冷铯原子光缔合方法制备了激发态的超冷铯分子。实验研究了光缔合光不同扫描速率对铯分子振转光谱分辨率的影响,发现光缔合光扫描速率较慢时,铯分子振转光谱分辨率较高。通过高灵敏的雪崩光电探测器探测冷原子荧光,获得了超冷铯分子第一激发态6S_1/2+6P_3/2离解限0-_g长程态高分辨振转光谱。为了实现受控拉曼光缔合制备超冷基态分子,光缔合激光频率需要锁定在原子-分子共振跃迁线,对超冷原子光缔合光谱进行了超低频波长调制,通过改变调制幅度和调制频率获得最优化的一阶微分信号,将该信号反馈回激光器,实现闭合环路稳频,满足了受控拉曼光缔合制备振转能级可控的基态分子的实验要求,该工作对研究受限空间中的超冷原子分子具有很重要的意义。     

一维σ~+-σ~-冷却光和再抽运光对一维磁光陷阱中的多能级钠原子作用的研究

表述了钠Ｄ２线跃迁所包含的２４个磁子能级的原子在一维σ＋－σ－冷却光和再抽运光中产生的稳态多普勒冷却力。讨论了不同磁场强度、不同再抽运光强和失谐情况下原子的多普勒冷却力及对磁光陷阱中最大捕陷速度、原子数目及温度的影响