铷原子磁光阱中超冷等离子体的形成和演化

在铷原子的磁光阱中,通过光电离冷原子方法和稠密里德堡原子的自发演化方法产生了超冷等离子体。磁光阱中冷却并囚禁了10^7个原子,温度约为500μK,之后用一束脉冲激光将冷原子电离或者激发至高里德堡态,通过调节脉冲激光的能量控制离子数量或者里德堡原子的数量。利用延迟斜坡电场或脉冲电场引出超冷等离子体中的电子,对超冷等离子体的形成和演化进行了研究,并利用库仑势阱模型对实验结果进行了解释。实验结果表明,由于来自长寿命里德堡原子的贡献,里德堡原子自发演化形成的超冷等离子体的寿命比光电离形成的超冷等离子体的寿命长。     

铯47D精细能级超冷里德堡原子自由演化的动力学研究

用连续窄线宽激光器将超冷铯里德堡原子分别激发到47D_3/2, 47D_5/2精细态, 观察了处于里德堡精细态的铯原子向超冷铯等离子体自由演化的过程, 详细对比了不同精细态的铯里德堡原子预电离时间、电离速率以及等离子体的转化效率. 将里德堡原子快速转化为等离子体的过程解释为局域势阱内由预电离产生的电子与里德堡原子的快速碰撞导致的雪崩电离.     

超冷里德堡原子的产生以及探测

利用激光冷却与俘获技术获得冷原子,由双光子激发产生超冷里德堡原子,利用场电离法得到了里德堡原子ns和nd态的离子谱图;再将激光波长固定在6p3/2-34d态的共振跃迁线上,得到了离子和里德堡原子的TOF(Time of Flight)图,并对实验结果做了分析.     

紫外光诱导原子脱附技术在单腔磁阱装载中的应用

基于光诱导的原子脱附技术，采用脉冲紫外光剥离出玻璃池壁上吸附的铷原子以形成可快速开启和关断的脉冲铷原子源，成功地解决了单真空腔系统中磁阱的原子数和寿命之间的矛盾，突破了激光冷却和囚禁技术向小型化乃至微型化发展过程中的一个瓶颈.脉冲光源由390nm的LED阵列组成.实验结果表明它能够在1s内使真空铷原子气体分压提高近30倍,并且当紫外光关闭后系统的真空恢复到平衡状态的时间非常短，约120ms.测量了不同铷原子分压下磁光阱所俘获的最大原子数和装载时间,并由此得出系统的背景真空和磁光阱所能俘获的极限原子数，进一步得出磁阱的原子数-寿命积与磁光阱保持阶段时间的变化关系，结果显示在约1.25s处出现极大值，与无磁光阱保持阶段而直接进行磁阱装载情况相比提高了约0.3倍. 关键词： 激光冷却 磁光阱 光诱导原子脱附 原子数-寿命积     

大失谐连续输运激光情形下双磁光阱中冷原子的输运

在我们建立的铯原子双磁光阱实验装置上,采用连续激光将气室磁光阱中冷却并俘获的冷原子输运到超高真空磁光阱.在前期利用近共振弱光研究原子输运的工作基础上,我们将输运激光的负失谐量扩展到约2.0 GHz,并增大了输运光功率,对冷原子的输运作了实验研究.结果表明:在大负失谐情形下,较强的输运光使冷原子输运更为有效,归因于输运光束对原子的偶极力造成对冷原子的导引作用.     

用吸收法对铯原子磁光阱中冷原子数目的测量

介绍了吸收法测量冷原子数的原理以及对铯原子气室磁光阱中俘获的冷原子数目的测量过程及结果. 与通常的荧光收集法相比，在原理上与静止二能级原子同共振单模光场作用的模型更加接近，同时大大减小了测量中的误差累积，提高了测量精度. 测得的冷原子数为(8±0.3)×10⁶，同时还利用测得的阱中俘获的稳态冷原子数和磁光阱中冷原子的寿命间接获得了磁光阱的俘获率. 关键词： 激光冷却与俘获 磁光阱 冷原子数目 俘获率     

Na原子高里德堡态的辐射寿命

用可调谐激光两步激发Ｎａ原子高激发发里德堡态布居，在光激发后施加脉冲电场测量激发态的场电离阈，利用阈值电场和延迟场电离方法测定了ｎｓ（ｎ＝２０～２４）和ｎｄ（ｎ＝１９～２３）态的寿命值，并与计算值进行了比较，对影响寿命的因素作了讨论。     

基于振幅调制的超冷铯原子高分辨光缔合光谱的实验研究

基于振幅调制的超冷铯原子高分辨光谱的实验研究，用相对于铯分子6S_1/2+6P_3/2离解限红失谐的光缔合激光作用于磁光阱中超冷铯原子，观察到通过光缔合产生的激发态超冷分子.在实验中，为了得到高信号-噪声比的光缔合光谱，利用声光调制器对俘获光进行振幅调制，将探测到的超冷铯原子的荧光信号利用lock-in技术解调.同时利用密度矩阵方程系统地分析了实验结果.     

超冷等离子体演化早期的离子温度与库仑耦合强度

利用开发的磁光阱-离子速度成像装置，实验测量超冷等离子体的离子温度与库仑耦合参数。同时利用带电粒子追踪数值方法模拟超冷等离子体的早期演化过程。实验和模拟结果表明：在超冷等离子体演化早期，无序诱导加热机制导致离子温度快速上升，而库仑耦合强度下降至2.5。进一步研究还发现：在离子非平衡演化阶段，等离子体膨胀速度会快速接近并超过离子热速度，因此离子达到局域热平衡之后的库仑耦合参数会高于测量值。     

不同原子在飞秒强激光场中的里德堡态激发和双电离

利用质量分辨的脉冲电场电离方法结合飞行时间质谱,系统地研究了He,Ar和Xe原子在800 nm飞秒强激光场中的里德堡态激发过程,并将其与非序列双电离过程进行了比较,探讨了激发与非序列双电离过程的区别,以及不同原子里德堡态激发过程的规律性变化.研究结果有助于深入了解强激光场中原子里德堡态激发的物理机理.     

飞行时间质谱探测磁光阱中超冷分子离子的实验研究

利用飞行时间质谱探测了由磁光阱中的俘获光和 再泵浦光光缔合作用形成的超冷基态铯分子, 研究了微通道板工作电压、加速电场强度和加速电场持续时间对铯分子离子信号强度的影响. 实验结果与理论模型的拟合一致; 获得了适合实验条件的最优化实验参数, 为进一步研究超冷分子的光缔合光谱和光电离光谱奠定了实验基础.     

铯Rydberg原子Stark态的避免交叉

在磁光阱中利用双光子激发制备49S铯Rydberg原子,研究了超冷49S态原子在外加电场中的Stark效应和nS态原子与(n-4)多重态之间的避免交叉现象.利用态选择脉冲场电离方法测量并获得了避免交叉点附近的离子谱,测量了避免交叉点附近离子谱的变化情况,并观察到避免交叉点附近由相互作用导致的态转移现象.     

70S超冷Cs Rydberg原子的动力学演化

利用双光子激发超冷原子获得70S超冷Cs Rydberg原子, 采用脉冲场电离法使Rydberg原子电离, 并用微通道板测量Rydberg原子的信号. 改变激发光和电离电场脉冲的延迟时间和激发光脉冲的宽度, 研究70S超冷Cs Rydberg原子之间的相互作用和动力学演化过程. 利用黑体辐射导致的态转移和相互作用碰撞电离解释了实验结果,实验结果和理论相一致.     

瓦级319 nm单频连续紫外激光的实现及铯原子单光子Rydberg激发

结合光纤激光器、光纤放大器和非线性光学高效频率转换技术及准位相匹配材料,服务于原子物理领域铯原子单光子跃迁里德堡激发的实际需求,研究并掌握了产生318. 6 nm波长连续单频紫外激光的关键技术。采用1 560. 5 nm与1 076. 9 nm连续激光先通过单次穿过PPLN非线性晶体和频,再经腔增强谐振倍频过程高效地产生了输出功率大于2 W的318. 6 nm紫外激光,半小时内,光功率的方均根起伏优于0. 87%。采用电子学边带锁频方案,实现了整个紫外激光系统在保持相对于高精细度超稳腔锁定条件下较大范围连续调谐,其连续调谐范围大于4 GHz,残余频率起伏约16 k Hz。采用本文研制的高功率窄线宽可调谐318. 6 nm紫外激光系统,在铯热原子气室中实现了6S_(1/2)→n P_(3/2)(n=70～100)的单光子跃迁里德堡激发,并对相关现象作了相关的理论分析与研究。采用纯光学探测方案观察到了318. 6 nm紫外激光对磁光阱中铯冷原子系综的单光子跃迁里德堡激发。     

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。     

基于红失谐高斯光束的冷原子束流长距离传输

提出了一种利用红失谐高斯光束偶极力实现二维磁光阱长距离传输冷原子束的方案.利用二能级原子所受散射力公式分析并构造了87 Rb原子在光偶极阱二维磁光阱(2D-ODT MOT)中的受力公式,考虑了原子与背景气体碰撞的影响,利用四阶龙格-库塔法求解原子运动方程,获得原子的运动轨迹,统计并求出原子在不同高斯光束失谐以及功率条件作用下进入差分泵浦范围的原子数.实验验证了在红失谐高斯光束与原子束推送光相互组合的4种工作状态下科学实验腔中磁光阱冷原子装载情况.理论与实验结果表明:基于红失谐高斯光束的二维磁光阱长距离传输冷原子束的效果提升显著,科学腔原子装载效率明显提升、原子数目明显增加.     

铯原子双磁光阱中冷原子的输运：从推载到导引

在超高真空环境下实现中性原子的激光冷却与俘获，可以有效地避免背景气体对冷原子的碰撞所造成的影响，已成为玻色-爱因斯坦凝聚、冷原子光学腔量子电动力学、中性原子玻色-费米混合气体等实验研究的出发点。结合气室磁光阱和超高真空磁光阱的所谓双磁光阱，以其真空系统相对简单、参数易于控制、效率高等优点，得到了很大发展。双磁光阱既能在气室磁光阱部分从处于室温的原子背景中快速冷却和俘获原子，然后将其通过一定途径输运到超高真空磁光阱中，又能达到在压力极低的超高真空环境下制备冷原子的目的。     

基于里德堡原子的电场测量

里德堡原子具有大的极化率、低的场电离阈值和大的电偶极矩,对外部电磁场十分敏感,可以用来测量电场强度特别是微波电场的强度. 利用里德堡原子的量子干涉效应(电磁诱导透明和Autler-Townes效应)测量微波电场强度的灵敏度远高于传统采用偶极天线测量微波电场的灵敏度. 此外,里德堡原子电场计 可以溯源到标准物理量,不需要额外校准; 采用玻璃探头,对待测电场干扰少; 灵敏度也不依赖于探头的物理尺寸. 同时,该电场计还可以实现对微波电场的偏振方向的测量, 实现亚波长和近场区域电场成像与测量. 通过选择不同的里德堡能级,可以实现1-500 GHz超宽频段范围内微波电场强度的测量. 主要综述基于里德堡原子的电场精密测量研究, 详细介绍了里德堡原子电场计的原理与实验进展, 并简单讨论了其发展方向.     

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.     

三体里德堡超级原子的关联动力学研究

因为寿命长,并且原子间相互作用容易操控,所以里德堡原子在量子信息与量子光学领域具有极大的吸引力.特别地,偶极阻塞效应成为执行很多量子信息处理任务的物理资源.本文基于严格的偶极阻塞效应,将捕获在三个磁光阱中的二能级里德堡原子系综看作超级原子,在此基础上研究原子数目可调控的三体里德堡超级原子的同相和反相动力学行为,同时实现W态和两种最大纠缠态的制备.本工作在量子操控和量子信息处理方面具有潜在的应用前景.