铯原子nP_(3/2)(n=70—94)里德伯态的紫外单光子激发及量子亏损测量

基于成熟的光纤激光器、光纤放大器及高效激光频率转换技术,我们在实验中研制了一套瓦级输出的窄线宽连续波单频可调谐318.6 nm紫外激光系统,并在室温铯原子气室中实现了6S_(1/2)—nP_(3/2)(n=70—94)单光子跃迁里德伯激发.借助由铯原子6S_(1/2)(F=4)基态、6P_(3/2)(F′=5)激发态和nP_(3/2)(n=70—94)里德伯态构成的V型三能级系统,通过频率锁定于铯原子6S_(1/2)(F=4)—6P_(3/2)(F′=5)超精细跃迁的852.3 nm探测光束的吸收减弱信号获得了里德伯态的信息,并利用高精度波长计测量了铯原子nP_(3/2)(n=70—94)里德伯态的量子亏损值.经过与理论计算值的变化趋势进行对比,我们认为由于原子气室的里德伯屏蔽效应并不能完全屏蔽外部直流电场,铯原子气室内存在残余的直流电场,影响了对里德伯态的量子亏损值的实验测量.利用残余直流电场的Stark效应理论模型及其与有效主量子数n*的依赖关系,对铯原子里德伯态的量子亏损实验测量值进行了修正.修正后的铯原子nP_(3/2)(n=70—94)态量子亏损测量值为3.5591±0.0007,与理论计算值相吻合.     

铯原子里德伯态精细结构测量

里德伯态光谱是测量里德伯态能级结构和中性原子间相互作用的常用技术手段,特别是高精度的里德伯光谱,可以测量室温原子气室中由偶极相互作用等导致的原子能级频移.在实验中利用反向的852 nm激光和509 nm激光实现了室温原子气室中铯原子6S_(1/2)—6P_(3/2)—57S(D)跃迁的级联双光子激发,实现了里德伯态原子的制备.基于阶梯型电磁诱导透明获得了铯原子里德伯态的高分辨光谱.实验中,基于速度选择的射频边带调制技术,对光谱信号进行了频率标定,测量了铯原子里德伯态57D_(3/2)和57D_(5/2)的精细分裂,分裂间隔为(354.7±2.5)MHz,与理论计算结果基本一致.速度选择的射频调制光谱可以实现里德伯态原子的能级分裂测量,其测量精度对于单光子跃迁的绝对激光频率不敏感;实验中影响57D_(3/2)和57D_(5/2)精细分裂间隔测量精度的主要因素是功率加宽导致的电磁感应透明信号的展宽和509 nm激光频率扫描的非线性.     

里德伯原子的射频脉冲响应特性

里德伯原子是一种高主量子数原子,利用其量子相干效应可以实现对空间中射频电场的测量.本文对基于里德伯原子的射频接收系统在不同脉宽和强度下的射频脉冲响应能力进行了研究.实验采用波长为852 nm和510 nm的激光实现Cs原子的激发,并利用射频信号源发射不同参数的脉冲信号照射里德伯原子,从原子气室中透射的探测光信号输入至光电探测器,经过光电转换得到的电信号由示波器进行记录.此外,利用不同延迟时间的脉冲信号进行模拟测距,初步证明基于里德伯原子的射频接收系统具备脉冲测距功能.     

基于里德伯原子电磁诱导透明效应的光脉冲减速

6S1/2→6P3/2→49D5/2基于铯里德伯原子的电磁诱导透明效应,当光与原子能级频率共振时,色散将剧烈变化,吸收减弱.此时光脉冲在原子介质中传播时,将会出现减速.在铯原子阶梯型三能级系统中,观察到由色散曲线陡峭变化导致的探测光脉冲减速现象,并系统研究了耦合光强度和原子气室温度对光脉冲减慢的影响.实验结果表明,耦合光越弱,延迟时间越长;原子气室温度越高,减速效应越明显,与理论计算相符.实验结果为之后进行的通过光脉冲减速效应测量微波电场提供了实验基础.     

Yb原子|m|=0,1里德伯态能级Stark结构

用两步激发和光电离方法,在0-1500V/cm电场范围内,测定了Yb原子n=17至n=20附近.m=0和|m|=1的Stark光谱.采用数值积分方法对实验研究范围内的Stark能级结构作了计算,理论与实验结果基本符合.讨论了电场中能级的抗交叉行为及其与量子亏损的关系,并对m=0和|m|=1两种Stark能级结构的特点作了比较. 关键词：     

钡原子6p3/2ns自电离里德伯态的研究

用激光多步激发技术研究了处于６ｐ１／２电离限以下的６ｐ３／２ｎｓ自电离态的光谱。并利用最 Ｒ矩阵的计算结果,结合多通道量子亏损理论进行了理论分析,理论结果与实验光谱相符合。     

超级里德伯原子间的稳态关联集体激发与量子纠缠

处于同一偶极阻塞区域的里德伯原子系综可以看作一个超级原子,如果它们被捕获在两个不同的光偶极阱中,那么每一个光偶极阱中的子原子系综可以看作为一个亚超级原子.由于这两个亚超级原子共享不超过一个激发的里德伯原子,所以它们会强烈地关联起来.本文研究这两个里德伯亚超级原子的稳态关联集体激发特性和量子纠缠行为.结果表明原子数目带来的影响非常明显:里德伯亚超级原子越大(包含原子数目越多),集体激发概率越大;最大纠缠只发生在等大的两个里德伯亚超级原子之间.通过增加原子数目,可以实现介观领域的量子纠缠,对量子-经典对应的研究以及量子信息处理有着重要的作用.     

钠原子高里德伯态跃迁的模型势研究

应用我们提出的ｋ系数方法［物理学报，４２（１９９３），７２７］，使用最弱受约束电子势模型下的简单解析波函数，我们系统研究了钠原子高里德伯态（ｎ～４０）间跃迁的振子强度与辐射寿命，所得振子强度及辐射寿命与可得到的其他作者的结果作了比较，表明了结合ｋ系数校正的最弱受约束电子势模型方法对于研究Ｎａ原子的高里德伯态性质的有效性，并在各种节点校正下，得到了对应于各跃迁类的节点校正规则     

里德伯原子向超冷等离子体的自发转化

在铯原子MOT中,利用三光子激发冷原子获得超冷里德伯原子,改变里德伯原子间的相互作用时间,获得超冷等离子体的信号.研究了里德伯原子向超冷等离子体的自发转化过程和里德伯原子的初始电离机理. 关键词： 里德伯原子 相互作用 等离子体 电离机理     

原子激光器与非线性原子光学：现代原子物理学的新进展

介绍了当前原子物理实验研究的两项最新突破：准连续全方位可调谐原子激射器（又称原子激射器）以及世界第一个非线性原子光学实验。前者在实现高亮度、高相干性原子激射器的研究方面迈出了极其重要的一步,后者则首次证明了物质波的多波混频效应,从而开辟了一个崭新的研究领域。     

飞秒激光中脉冲内差频技术进展

中红外激光具有多种优势,可以广泛地用到生物、化学、物理等科学研究领域。通常采用直接激射和非线性频率转换这两种方式产生中红外激光,然而,为了实现中红外宽带超短脉冲的发射,非线性频率下转换是现今的唯一方法。脉冲内差频（IP-DFG）是一种简单的非线性频率转换方法,文中对红外IP-DFG的工作做了详细的回顾,从中红外激光晶体和基于IP-DFG产生具有超宽带的中红外超短脉冲的先进工作两个方面做了综述和评论,分别比较了非线性晶体类型、驱动脉冲源、产生超宽带中红外脉冲的光谱范围、转化效率等,并在最后讨论和阐明了IP-DFG领域面临的机遇和挑战。

     

锂原子里德伯态能级的精细结构分裂

对锂原子的四体问题的哈密顿算符进行幂级数展开,通过计算原子实的 极化(包括偶极矩,四极矩至八级电极矩)对能级的贡献,同时考虑相对论效应和LS耦合以 及有效势的高阶修正,求得了锂原子里德伯态的能级位移和能级公式。用此公式计算N=5～1 2,L=4～9,J=L±1/2的相关的精细结构位移以及能级间隔,并与有关实验结果进行了比较 。     

基于里德伯原子天线的低频电场波形测量

里德伯原子的高极化率可以实现电磁场的多维度参数测量.本文利用室温里德伯原子构建原子天线,基于原子天线将低频电场幅度信息转化为强度信息,从而实现低频电场的参数测量.实验采用双光子激发制备铯原子里德伯态,通过阶梯型电磁感应透明(electromagnetically induced transparency, EIT)光谱实现里德伯原子量子态的检测,基于内置电极技术在室温原子气室导入k Hz频段低频电场.电场中里德伯原子的Stark频移会在EIT过程导致双光子失谐,从而引起EIT光谱频移和强度变化.在弱电场条件下, EIT光谱频移可以忽略, EIT透射强度与输入低频电场强度近似为线性关系,基于该效应可以实现低频电场的波形、幅度、频率等参数测量.     

光晶格作用下里德伯冷原子系统中的二维空间光孤子

实现高维光孤子是非线性光学研究中一个长期的目标.本文设计了一个里德伯冷原子与贝塞尔晶格势耦合的系统,发现了一系列稳定的二维空间光孤子簇,包括基极孤子、二级孤子、四级孤子和涡旋孤子.研究表明,光传播系数、非局域非线性系数、贝塞尔晶格常数可以用来调控光孤子的产生、空间分布及演化;在系统参数的调控下,该光孤子簇具备空间稳定性,能够在一定距离内稳定传播.本研究为高维空间光孤子的产生和调控提供了一种新的思路.     

啁啾微波场中里德伯锂原子的相干激发与控制

运用含时多态展开方法和B-样条函数研究了微波场中里德伯锂原子高激发态的性质,得到锂原子量子态n=70-75,l=0-5的能量,并分析了里德伯锂原子高激发态n=70-75,l=0-5在微波场中的跃迁几率.结果表明:通过优化微波场参数可以实现量子系统从初始态到目标态的完全跃迁,且在跃迁过程中,每个l态都起至关重要的作用.     

超短脉冲激光与钾原子的相互作用

采有耦合和非耦合表象,描述了超短脉冲激光与钾原子的相互作用。分析了进一步 激发光电离的过程,导出了跃迁终态随激光偏振组合的密切关键。     

里德伯原子辅助光力系统的完美光力诱导透明及慢光效应

光力诱导透明是典型的量子相消干涉效应,在量子光学和量子信息处理当中具有广泛的应用.本文在里德伯原子系综镶嵌的复合光力学系统中考察了光力诱导透明现象以及由此产生的慢光效应.当考虑非旋转波近似的情况下,可以获得完美的光力诱导透明,即非常狭窄的理想透明窗口.在可分辨边带条件下,微腔品质越高,完美透明窗口中的慢光效应越明显.特别地,与其他原子相比,在实现超慢光方面里德伯原子的长寿命体现了其优越性.     

皮秒光纤激光脉冲两个关键问题的研究

窄带耗散孤子锁模光纤激光器可以产生接近变换限制的皮秒脉冲,但受非线性相移的限制,输出脉冲重复频率不能通过增加腔长来降低,脉冲能量仅在0.1 nJ以下,严重制约着这类皮秒脉冲的实际应用。提出一种通过耦合器抽取腔内脉冲能量、抑制腔内非线性相移积累,进而允许增加腔长来降低窄带耗散孤子皮秒光纤激光脉冲重复频率的方法。运用该方法,成功地将激光器重复频率由35.2 MHz降低到了1.77 MHz,且脉冲时频特性保持不变。提出了一种基于级间FBG陷波滤波的抑制皮秒脉冲光纤放大中光谱展宽的方法。通过简单地使用级间陷波滤波器,既可窄化第一级光纤放大器后的输出脉冲谱宽,允许采用第二级光纤放大器进一步提升脉冲能量,而且,还可将脉冲重塑为近高斯形,利用高斯脉冲光谱展宽斜率小的特点,允许第二级光纤放大器将脉冲能量提升得更高。利用该方法,在RMS（均方值）谱宽保持0.4 nm以内的前提下,10 ps脉冲经标准单模光纤放大器后,能量可由0.2 nJ可提升到10 nJ以上。     

啁啾微波场中里德伯钠原子高激发态的布居跃迁

采用含时多态展开方法, 结合B样条函数和单电子原子模型势研究微波场中钠原子里德伯高激发态的性质, 得到钠原子的能级结构及在微波场中的布居数迁移, 实现对量子态的操纵与控制. 结果表明: 含时多态展开方法结合B样条函数和单电子原子模型势是有效研究微波场中碱金属原子性质的一种方法; 选择合适的啁啾率、振幅等参数, 可以实现布居数在量子态之间的完全迁移和量子态囚禁.     

原子激光器与非线性原子光学:现代原子物理学的新进展

介绍了当前原子物理实验研究的两项最新突破:准连续全方位可调谐原子激射器(又称原子激射器)以及世界第一个非线性原子光学实验.前者在实现高亮度、高相干性原子激射器的研究方面迈出了极其重要的一步,后者则首次证明了物质波的多波混频效应,从而开辟了一个崭新的研究领域.