超精细能级中85Rb激发态(｜52P1/2F>、｜52P3/2F>)原子与理想金属表面间范德瓦尔斯作用系数C3的估算

利用碱金属原子与理想金属表面间范德瓦尔斯(vdW)作用势和不可约张量方法,首次计算了85Rb激发态52P1/2 (F=2,3)及52P3/2 (F=1,2,3,4) 原子超精细结构的C3系数.数值分别对应为:4.0542 、4.0553 及4.3012 、4.3312 、4.3369 、4.3104 .为了说明其结果的准确性,还与其他作者的理论数据和相关实验数据进行了比较,结果表明本文所得到的85Rb激发态52P1/2 (F=2,3)及52P3/2(F=1,2,3,4)原子的C3数值是可靠的     

超精细能级中133CS激发态(｜62D3/2F>)原子与理想金属表面间范德瓦尔斯作用系数C3的估算

利用碱金属原子与理想金属表面间范德瓦尔斯(vdW)作用势和不可约张量方法,首次计算了133CS激发态62D3/2 (F=2,3,4,5)原子超精细结构的C3系数.数值分别对应为:17.9956 、18.0796 、18.0857 及18.1756 .为了说明其结果的准确性,还与其他作者的理论数据和相关实验数据进行了比较,结果表明本文所得到的133CS激发态62D3/2 (F=2,3,4,5)原子的C3数值是可靠的.     

基态原子与理想金属Au表面间的范德瓦尔斯作用及超精细能级C_3的估算

研究了基态碱金属原子与理想金属Au表面间的范德瓦尔斯(vdW)作用.通过分析电四极跃迁对vdW的贡献,构建了计算碱金属原子的超精细能级与理想金属表面间vdW作用系数C3的理论模型.以85 Rb、133Cs为例,计算了其基态原子超精细能级的C3系数.其中85 Rb:52S1/2(F=2)及52S1/2(F=3)对应的C3系数分别为:2.2409 KHzμm3及2.2425 KHzμm3;133 Cs:62S1/2(F=3)及62S1/2(F=4)分别对应2.4480KHzμm3及2.4538KHzμm3.研究还发现随着F的增大,C3增大,z(原子与金属表面之间的距离)不变时,原子与理想金属表面间vdW作用增强.这一研究在实现原子囚禁及介质表面量子反射等方面有一定的意义.     

基态原子与理想金属Au表面间的范德瓦尔斯作用

研究了基态碱金属原子与理想金属Au表面间的范德瓦尔斯(vdW)作用.通过分析电四极跃迁对vdW的贡献,构建了计算超精细能级碱金属原子与理想金属表面间vdW作用系数C3的理论模型.以85Rb、133Cs为例,计算了其基态原子超精细能级的C3系数.其中85Rb: 52S1/2 (F=2)及52S1/2 (F=3)对应的C3系数分别为:2.2409 及2.2425 ;133Cs: 62S1/2 (F=3)及62S1/2 (F=4)分别对应 2.4480 及2.4538 .研究还发现随着 的增大,C3增大,z (原子与金属表面之间的距离)不变时,原子与理想金属表面间vdW作用增强. 这一研究在实现原子囚禁及介质表面量子反射等方面具有重要意义     

基态原子与理想金属Au表面间的范德瓦尔斯作用

研究了基态碱金属原子与理想金属Au表面间的范德瓦尔斯(vdW)作用.通过分析电四极跃迁对vdW的贡献,构建了计算超精细能级碱金属原子与理想金属表面间vdW作用系数C3的理论模型.以85Rb、133Cs为例,计算了其基态原子超精细能级的C3系数.其中85Rb: 52S1/2 (F=2)及52S1/2 (F=3)对应的C3系数分别为:2.2409 及2.2425 ;133Cs: 62S1/2 (F=3)及62S1/2 (F=4)分别对应 2.4480 及2.4538 .研究还发现随着 的增大,C3增大,z (原子与金属表面之间的距离)不变时,原子与理想金属表面间vdW作用增强. 这一研究在实现原子囚禁及介质表面量子反射等方面具有重要意义     

超精细能级中~(133)Cs激发态|6~2P_(3/2)F〉(F=2,3,4,5)原子与理想金属表面间范德瓦尔斯作用系数C_3的估算

利用碱金属原子与理想金属表面间范德瓦尔斯(vd W)作用势和不可约张量方法,计算~(133)Cs激发态|6~2P_(3/2)F〉(F=2,3,4,5)原子超精细结构的C_3系数.数值分别为:4.338 5 k Hz·μm~3、4.361 9 k Hz·μm~3、4.368 0及4.346 7 k Hz·μm~3.与其它理论数据和实验数据比较,结果表明本文所得到的~(133)Cs激发态|6~2P_(3/2)F〉(F=2,3,4,5)原子的C_3数值是可靠的.     

利用激光诱导后向荧光测定Rb[5P3/2(F'=4)]在金属膜附近的非辐射跃迁率

利用激光诱导后向荧光光谱研究了Rb蒸气一玻璃界面的85Rb[5P3/2(F'=2,3,4)→5S1/2(F=3)]超精细结构跃迁.把界面分为2个不同的区域,靠近表面厚度约为一个波长的近区和远区(蒸气区域),近区起光谱滤波器的作用.将激光分为二束,一束作为检测光通过一个室温下的Rb参考样品池,得到5S1/2(F=3)→5P3/2(F=2,3,4)半宽为51O MHz的DoPPler吸收线,其中心离F=3→F'=4跃迁约为70 MHz.另一束激光进入温度为130℃的Rb样品池,记录共振后向荧光Sob(L),将它减去远区辐射的荧光sT(L),得到近区辐射的荧光Snexp(L),它是具有半宽RF=50 MHz的Lorentz线型,而ΓRF=Γn+Γcoll+Γnr,Γn为谱线的自然增宽,Γcoll=γRb-Rb,N为碰撞增宽,γRb-Rb为增宽系数,N为Rb基态密度,Γnr为玻璃表面激发态原子的非辐射能量转移引起的附加增宽,由此得到非辐射跃迁率为Anf=4→F=3=2.4×10 8s-1,它远大于自发辐射率A(5P3/2→5s1/2/2)1.4×107s-1.     

低He气压下Rb(5P3/2)激发态有效辐射率的计算与测量

计算和测量了Rb-He混合蒸气中Rb(5P3/2)共振能级的有效辐射率,使用单模半导体激光器(泵浦激光)将Rb原子激发至5P3/2态,另一调谐到5P3/2→7S1/2的单模激光束(检测激光)与泵浦束反平行通过样品池,并在池的直径方向平行移动,通过对检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布.由于辐射陷获存在,有效辐射率是自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率,它与吸收截面及激发态原子密度和空间分布有关)的乘积.5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同He气压下,Rb D2线的有效辐射率.从5P3/2→5S1/2跃迁线强度I780的测量,得到的不同He气压下有效辐射率的比值与理论计算得到的比值相符.     

激光激发Rb＋H2系统形成RbH分子机理的实验研究

在Rb-H2混合系统中用激光(泵浦激光)将基态Rb原子激发到Rb(5P3/2)能级,将调谐至5P3/2→7S1/2跃迁的另一激光束(检测激光)与泵浦激光反向平行通过样品池,并在池的直径方向平行移动,利用光学吸收法得到Rb(5P3/2)态的密度及其空间分布。由于辐射陷获存在,有效辐射率是自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率,它与吸收截面及激发态原子密度和空间分布有关)的乘积。由5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子。能量合并过程5P3/2 5P3/2→5S1/2 5D产生高位态5D原子,猝灭过程Rb(5P3/2) H2(v=0)→Rb(5S) H2(v=2)产生H2(v=2)态,H2(v=2)密度由Rb(5P3/2)与H2的碰撞猝灭截面得到。Rb(5D) H2和Rb(5P3/2) H2(v=2)发生碰撞反应可生成RbH分子,通过对不同H2密度时5D→5P3/2与5P3/2→5S1/2荧光强度比以及RbH分子X1Σ →A1Σ 跃迁线吸收光强的测量,首次得到了Rb(5D) H2→RbH H和Rb(5P3/2) H2(v=2)→RbH H的反应截面分别为4.02×10-17cm2和1.00×10-18cm2。实验表明,Rb(5P3/2) H2不直接生成RbH分子,而是通过二步反应产生的。     

利用激光诱导后向荧光测定Rb[5P_(3/2)(F′=4)]在金属膜附近的非辐射跃迁率

利用激光诱导后向荧光光谱研究了Rb蒸气-玻璃界面的85Rb[5P3/2（F′=2,3,4）→5S1/2（F=3）]超精细结构跃迁。把界面分为2个不同的区域,靠近表面厚度约为一个波长的近区和远区（蒸气区域）,近区起光谱滤波器的作用。将激光分为二束,一束作为检测光通过一个室温下的Rb参考样品池,得到5S1/2（F=3）→5P3/2（F′=2,3,4）半宽为510 MHz的Doppler吸收线,其中心离F=3→F′=4跃迁约为70 MHz。另一束激光进入温度为130℃的Rb样品池,记录共振后向荧光Sob（νL）,将它减去远区辐射的荧光ST（νL）,得到近区辐射的荧光senxp（νL）,它是具有半宽ΓRF=50 MHz的Lorentz线型,而ΓRF=Γn＋cΓoll＋Γnr,Γn为谱线的自然增宽,cΓoll=γRb-RbN为碰撞增宽,γRb-Rb为增宽系数,N为Rb基态密度,Γnr为玻璃表面激发态原子的非辐射能量转移引起的附加增宽,由此得到非辐射跃迁率为AnFr′=4→F=3=2.4×10^8s^-1,它远大于自发辐射率A（5P3/2→5S1/2）=1.4×107s^-1。     

光学偶极阱中铷原子5S_(1/2)及5P_(3/2)态的AC Stark频移

基于二能级模型和多能级模型,分析计算了由强聚焦高斯光束形成的光学偶极阱中87Rb原子5S1/2态和5P3/2态的AC Stark频移。基于多能级模型,针对在852 nm高斯激光束强聚焦所形成的87Rb原子远失谐光学偶极阱中进行偏振梯度冷却的情形,计算了冷却循环跃迁(5S1/2F=2-5P3/2F′=3)的频移量,结果显示频移对molasses冷却过程产生了重要的影响。同时,计算了5S1/2|F=2,mF=±2〉态和5P3/2|F′=3,mF=±3〉态的AC Stark频移随光学偶极阱激光波长的变化情况,发现在红失谐情况下,对于87Rb原子5S1/2-5P3/2态跃迁不存在魔数波长。     

光学偶极阱中铷原子5S_(1/2)及5P_(3/2)态的AC Stark频移

基于二能级模型和多能级模型,分析计算了由强聚焦高斯光束形成的光学偶极阱中87Rb原子5S1/2态和5P3/2态的AC Stark频移。基于多能级模型,针对在852 nm高斯激光束强聚焦所形成的87Rb原子远失谐光学偶极阱中进行偏振梯度冷却的情形,计算了冷却循环跃迁(5S1/2F=2-5P3/2F′=3)的频移量,结果显示频移对molasses冷却过程产生了重要的影响。同时,计算了5S1/2|F=2,mF=±2〉态和5P3/2|F′=3,mF=±3〉态的AC Stark频移随光学偶极阱激光波长的变化情况,发现在红失谐情况下,对于87Rb原子5S1/2-5P3/2态跃迁不存在魔数波长。     

采用高信噪比电磁诱导透明谱测定~(85)Rb原子5D_(5/2)态的超精细相互作用常数

基于~(85)Rb原子5S1/2-5P3/2-5D_(5/2)阶梯型能级系统(780 nm+776 nm),利用高信噪比的电磁诱导透明谱对~(85)Rb原子5D_(5/2)态超精细分裂进行测量.其中,频率校准是通过位相型电光调制器和共焦法布里-珀罗腔共同实现的.通过测量~(85)Rb原子5D′5/2态(F′=5),(F′′=4)及(F′′=3)之间的超精细分裂,我们确定了~(85)Rb原子5D_(5/2)态的磁偶极超精细相互作用常数(A=-(2.222±0.019)MHz)和电四极超精细相互作用常数(B=(2.664±0.130)MHz).     

VO分子2△3/2—12△3/2电子跃迁P线系发射谱线的研究

本文利用孙卫国课题组建立的能精确计算(预言)某双原子分子电子态P线系发射谱线的物理新公式,首次研究了VO分子从电子态~2△3/2跃迁到电子态1~2△3/2的(0,0)跃迁带中的P线系发射谱线.获得的研究结果不仅重复了实验上己知的低转动态谱线数据,而且还正确预言了该跃迁带在实验上难以精确测量的转动量子数J=80.5以内的高振转激发态的P线系发射光谱.为研究VO分子内部结构提供了重要的物理信息.     

铯原子磁光阱中冷原子的缀饰态光谱

在磁光阱中的铯原子由于冷却光的存在将被缀饰化。借助于波长为852.3 nm(对应于铯原子6S1/2F=4→6P3/2F′=3和6S1/2F=4→6P3/2F′=4超精细跃迁)和794.6 nm(对应于铯原子6P3/2F′=5→8S1/2F″=4超精细跃迁)的探测光的透射光谱分别对磁光阱中冷原子基态6S1/2F=4和激发态6P3/2F′=5在冷却光作用下形成的缀饰态分裂进行了实验研究,并分析了其光谱特性。结果表明,在冷却光强度、失谐量相同的实验条件下,基态、激发态的缀饰分裂间距相同,与缀饰态理论预言一致。     

Rb蒸气中的5PJ+5PJ′→5S+5DJ″碰撞能量合并

研究了Rb(5PJ) Rb(5PJ′)→Rb(5S) Rb(5DJ″)的碰撞能量合并过程,一台单模半导体激光器共振激发Rb原子的5P1/2或5P3/2态,另一与泵浦激光束反向平行的单模激光束作为吸收线探测激发态原子密度及其空间分布,吸收线分别调至5P1/2→5D3/2和5P3/2→7S1/2跃迁,由激发态原子密度和谱线荧光比得到碰撞能量合并过程5PJ 5PJ′→5S 5DJ″的截面.两台激光器同时分别激发5P1/2和5P3/2态,通过对5DJ″→5PJ的荧光探测,得到5P3/2 5P1/2碰撞转移到5D5/2和5D3/2的截面分别为(1.12±0.50)×10-14和(1.01±0.45)×10-14cm2.     

Rb(5P)激发态的辐射及与N2碰撞的能量转移

应用激光吸收和荧光方法,测量了Rb(5P)态与N2碰撞的精细结构混合和碰撞猝灭截面.Rb原子被激光激发到5P3/2态,将与泵浦激光束反向平行的检测激光束调到5PJ→7S1/2的跃迁,测量5PJ激发态的密度及空间分布,由此计算了5PJ→5S的有效辐射率,在T=340K和N2密度0.5×1016＜N＜4×1016cm-3范围内测量了5P1/2→5S1/2(794nm)发射的敏化荧光强度I794,量N/I794与N有抛物线型的关系,表明了5PJ的猝灭是由于与N2分子的碰撞产生的,而不是由与Rb基态原子碰撞产生的.由最小二乘法确定的二次多项式的系数得到5P态与N2碰撞精细结构混合截面σ3/2→1/2=(10.43±3.54)×10-16cm2,猝灭截面σD=(9.8±3.4)×10-16cm2.与在不同的实验条件下得到的结果在误差范围内一致.     

超精细能级中~(133)C_S激发态(|6~2D_(3/2)F>)原子与理想金属表面间范德瓦尔斯作用系数C_3的估算

利用碱金属原子与理想金属表面间范德瓦尔斯(vd W)作用势和不可约张量方法,导出超精细能级中碱金属原子特定量子态C3的解析表达式,完成133CS原子62D3/2(F=2,3,4,5)的C3数值计算,计算结果表明随着的增大,C3增大,z(原子与金属表面之间的距离)不变时,铯原子与理想金属表面间vd W作用增强.同时对于由电四极矩作用产生的C31效果因贡献不显著,C3数值结果并未见到有异常波动现象.     

Cs-Ar混合蒸气中6S1/2→6P3/2激光激发的速度选择粒子数密度和饱和效应

利用一步激发的饱和吸收光谱技术测量了激发态Cs(6P3/2)态的原子密度.室温下的Cs-Ar混合蒸气被852 nm激光激发,在6S1/2→6P3/2跃迁线轮廓接近纯Doppler增宽线型、激光线宽远小于非均匀的Doppler线宽而与均匀Lorentz线宽相比的条件下,可以确定基态Cs原子中可能被激光吸收的具有速度分量υz的粒子数密度N(υz).在激光功率20μW至2.5 mW的范围内,测量了吸收系数,得到了6P3/2态的速度选择布居数密度.利用从Cs空心阴极灯发出的8S1/2→6P3/2窄谱线的吸收测量,也可以测得6P3/2态的原子密度,两种测量方法所得结果符合得很好.Cs-Ar碰撞的谱线增宽增加了有效泵浦率,有5%的基态原子被单模半导体激光器激发到6P3/2态.由测量不同6P3/2态原子密度时的共振852 nm荧光,也证实了饱和吸收测量激发态原子密度方法的可靠性.     

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.