Ba原子6s5d~3 D与6p5d~3 F态的超精细结构及态间跃迁的同位素移动的直接确定

提出并演示了一种光泵预选态的原子光谱测量方法,并对Ba原子的6s5d3 D态与6p5d3 F态的超精细结构及该跃迁的同位素移动进行了直接测量。首先利用791nm的激光激发Ba原子特定同位素及特定超精细结构的6s6s 1 S0→6s6p3 P1跃迁,并利用6s6p3 P1→6s5d3 D2的自发辐射有选择地分别将这些同位素制备到6s5d3 D2态不同的超精细能级上,再用778nm的激光扫出对应的6s5d3 D2→6p5d3 F2跃迁的荧光光谱,通过这几组光谱之间的对比直接实现了对22条超精细谱线的认定和归属,从而得到了135 Ba和137 Ba的6s5d3 D2能级与6p5d3 F2能级的超精细结构常数及该跃迁的同位素移动。     

扰动角关联和角分布技术在金属缺陷研究中的应用

超精细相互作用(HFI)是原子核核矩与核外电磁场的相互作用.通过超精细相互作用研究,能够得到原子核的核矩、自旋和原子核周围电荷分布等信息,而研究金属缺陷是超精细相互作用的一个重要应用.研究超精细相互作用的方法很多.用时间微分扰动角关联(TDPAC)和时间微分扰动角分布(TDPAD)方法研究金属缺陷,就是直接测量作用在杂质原子(探针核)上的超精细相互作用,所以灵敏度高,准确性好,是一种微观的研究方法.杂质原子捕获缺陷,引起作用于它的HFI 的变化,在实验中可以观察到不同的HFI图象.缺陷种类、结构和它们在杂质原子周围分布不同,会引…     

铯6S1/2 -6P3/2 -8S1/2阶梯型系统中超精细能级的多重电磁感应透明

基于铯原子6S_1/2 -6P_3/2 -8S_1/2的阶梯型能级系统,对室温下铯原子气室中的电磁感应透明(EIT)谱进行了研究.由于探测光的频率锁定于基态6S_1/2(F=3)到中间态6P_3/2的超精细跃迁线上,耦合光在中间态6P_3/2和激发态8S_1/2之间扫描,得到的EIT谱具有平坦的背景,提高了光谱的精度.理论上,采用了一个多能级的EIT模型,将其计算结果与所观察的实验现象进行了比较,二者符合得比较好. 关键词： 电磁感应透明 光抽运 超精细结构 阶梯型系统     

基于超精细结构下的激光光泵铯磁力仪的理论研究

激光光泵碱金属磁力仪具有很高的灵敏度,测量范围可以从地球磁场到生物磁场。给出了铯（Cs）光泵磁力仪的理论分析和系统设计以及磁场梯度测量原理,铯原子能级在I—J耦合时形成超精细结构,在外磁场的作用下超精细结构进一步产生塞曼分裂形成塞曼子能级,利用激光泵浦和射频磁场能够使电子在超精细结构中进行能级跃迁,产生光磁双共振的结果,最终通过共振频率就能够达到精确测量外磁场的目的。     

窄带激光与能级具有超精细结构的二能级原子的相干激发

将原子相干激发动力学的半经典理论拓展到了有超精细分裂能级 的情形，并对具体原子能级进行了计算. 研究结果表明，当激光功率达到一定水平后，由于 功率加宽的作用，单频激光也能将有超精细分裂能级的原子有效地激发. 因此，在这样激光 功率条件下，为提高原子激发效率而增加激光谱线宽度的做法并不是必要的. 关键词： 超精细结构 二能级原子 Rabi频率 钆原子     

~(87)Rb玻色-爱因斯坦凝聚体中双拉曼相对相位对相干跃迁操控的实验研究

发展了利用两对拉曼光之间的相对相位精确调控拉曼耦合强度的新方法,实现了两个量子态相干跃迁的操控.对两对拉曼光的光路进行了特殊设计,从而保证两对拉曼激光在传输过程中的相对相位保持恒定,然后作用到~(87)Rb原子的两个超精细塞曼能级|1,1〉和|1,0〉上,实验观测了两个量子态的布居数随两对拉曼光之间的相对相位的变化关系.该方法为超冷原子量子模拟实验提供了一个独特的操控参量——激光相位,由此拓展了受激拉曼跃迁的应用范围,为研究光与原子相互作用提供了一种新的方法.     

原子物理的现代实验方法

 近半个世纪以来,原子物理学的主要发展在于出现了许多新的实验方法.诸如原子束磁共振,光抽运,光频-射频共振,高分辨率激光光谱学等.这些新的实验方法使原子光谱实验的分辨率,灵敏度以及测量精度都得到了很大的提高,已成为深入研究原子的超精细结构和原子与电磁场相互作用的强有力的手段.一、原子束磁共振原子束实验最早可追溯到史特恩-盖拉赫实验(1921).该实验曾证实了电子具有自旋角动量、自旋磁矩,并有空间量子化的特征.至于原子基态的磁共振现象,一直到1938年才被拉比等人用原子束实验方法观测到.     

光泵、光泵磁共振及其进展

一、光 泵概述 1.光谱学可以看作是一种实验的傅氏分析方法,它主要是在频率域上来研究光谱线及其相对强度,并从而探查和研究原子和分子的结构与运动. 光泵(optical pumping)又称光抽运,可以看作是一种不用光谱仪的光谱学.它用某种方法(常常是用光及射频电磁场)对原子加以扰动,然后观察光的吸收或辐射的强度或偏振的变化,从而探查出原子及其运动的详尽情况.在这个意义上,可以说光泵实验也是一种双共振实验,即光频-射频双共振实验. 光泵磁共振是光泵的主要内容,它是用光来检测和发现磁共振,这一磁共振可以发生在一组塞曼能级之间,也可以发生在…     

室温下铯原子气室中6P_(3/2)-8S_(1/2)激发态跃迁的速度选择光谱

以室温下的气室铯原子为介质,采用泵浦探测的方法获得激发态之间的光谱.在泵浦光与探测光相向、同向作用于铯原子得到的激发态超精细光谱有很大的差异.当考虑多普勒效应的影响,其分析结果与实验结果相一致.     

强磁场下Cs原子超精细塞曼能级上的光泵浦研究

强磁场中的Ｃｓ原子有较大的超精细塞曼分裂，实验用频率可调谐的窄线宽半导体激光调谐到各超精细塞曼能级上进行光泵浦，利用稳态吸收谱方法研究了原子的光泵浦。表明基态超精细相互作用的碰撞修正项导致的驰豫跃迁是谱形状和电子自旋极化新特征的根缘。同时提出了强场下极化度的一种测量方法。     

光泵磁共振实验中小信号的讨论

光泵磁共振实验中铷原子光谱具有超精细结构,在磁场中原子的超精细能级产生塞曼分裂,在垂直于产生塞曼分裂的磁场方向,加一射频磁场,并且满足一定条件时在塞曼子能级之间产生磁共振,实验发现除了出现符合跃迁条件的磁共振信号外,还有附加小信号,可用多量子跃迁解释。     

双A共振原子系统中两脉冲光束的同时慢光传输

在热的铯原子汽室中,借助双A共振四波混频效应,实验研究了入射探针光脉冲和产生的共轭光脉冲的同时慢光传输特性.实验中首先将泵浦光锁定在铯原子D1线超精细跃迁F=4→F'=3上,将探针光调至超精细跃迁F=3→F'=3附近扫描,通过对探针光和共轭光增益特性的分析,给出获得最大增益所对应的最佳铯泡温度约110℃.最后,采用365 ns高斯脉冲作为入射探针光脉冲,研究了探针光脉冲和共轭光脉冲的延迟时间与双光子失谐的关系.通过改变双光子失谐,探针光脉冲的延迟时间可以从40 ns增加到343 ns,相应的群速度从1 875 km/s减小到219 km/s;产生的共轭光脉冲的延迟时间可以从12 ns增加到159 ns,相应的群速度从6 250 km/s减小到472 km/s.     

利用原子束研究光的力学效应

本文介绍了我们利用原子束研究光的力学效应的原理、方法和主要结果．我们测量了激光偏转原 子束的原子空间分布，观察了在光场作用下原子动量的扩散，验证了二能级原子共振荧光中亚泊松光子，统计分布，研究了慢原子在驻波场中的运动行为，提出了沟道原子光谱技术的新方法，并用这种方法观 察了钠原子的超精细结构．     

光学相位锁定激光在原子玻色-爱因斯坦凝聚中实现拉曼耦合

采用光学相位锁定环路技术将外腔反馈式半导体激光器锁定到与钛宝石激光器输出激光频率上. 锁定后两束激光的差频线宽从MHz降低到Hz量级, 同时两束激光的频率差可实现几百兆赫兹到7 GHz的精密调节. 锁定的两束激光作用在铷原子玻色-爱因斯坦凝聚的两个基态超精细态F=2, 1, 观测到在两个超精细态之间的拉曼跃迁. 该技术可用于超冷原子两个超精细态之间自旋轨道耦合.     

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     

利用激光感生荧光直接显示原子能级超精细结构的新方法

本文详细讨论了一种在空间直接显示原子的超精细结构的方法,并观察到Na原子3~2P_(1/2)态的两个超精细能级结构。发散的片状原子束和发散的片状激光束在空间相互作用,当多普勒频移等于原子跃迁频率和激光器频率之差时,原子被激发并在空间发光。计算和实验都已证实发光轨迹是一圆弧。荧光带的数目表明起精细能级的数目,根据空间位置可定出能级间隔,荧光带的宽度反映原子束的速度分布,实验研究了钠原子的3~2S_(1/2)—3~2P_(1/2)的荧光轨迹,照片显示了两个清楚分开的荧光带,带的间距和计算结果相符。     

巴黎原子物理学派送给中国物理学界的两件瑰宝面世

在当下物理学发展中,原子分子和光物理(AMO)领域无疑再次成为快速飞跃的前沿。它还使该领域与物理学的其他领域,如凝聚态物理和高能粒子物理紧密结合起来,并成为许多高新技术的源头。我国从事此领域研究和教学的人数也在迅速增长。他们迫切需要一些引领入门和统揽全局的科学著作。
以“巴黎高等师范学校”(Ecole Normale Superieure,ENS)为代表的巴黎原子物理学派,对国际AMO领域发展做出了杰出贡献。他们获得了三次诺贝尔物理学奖：1966 年A.Kastler 因发明光抽运和光磁共振方法;1997年C. Cohen-Tannoudji因对原子的激光冷却和陷俘做出重大贡献;2012年S. Haroche因发展光子的无破坏检测方法,实现单个量子系统的测量和操控。仅从这些题目,我们就可以体会到该学派的研究特色和对AMO物理的重大推动作用。     

钫原子磁偶极超精细结构常数及其同位素的磁偶极矩的理论计算

应用基于B样条基组的相对论耦合簇理论方法,计算了~(212)Fr原子的n S (n=7—12), n P (n=7—12)和n D (n=6—11)态的磁偶极超精细结构常数.与精确实验值的比较说明这套理论方法能精确计算出磁偶极超精细结构常数,其中7P态的磁偶极超精细常数的理论值与实验值之间的差异小于1%.在忽略场移效应对Fr原子7P态超精细结构常数的影响下,通过结合实验值进一步定出了~(207-213,220-228)Fr核磁偶极矩μ,这些值与已有的测量值具有非常好的一致性.本文报道了12S, n P (n=9—12)和n D (n=10—11)态的磁偶极超精细结构常数.     

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.     

从原子到超原子的原子层次新机遇

为何超原子如此重要？从发展过程来体会,是因为终于可以把纷繁复杂的团簇结构以量子力学属性实现物理规律把握,从而为以团簇作为基元的物性表征与调控包括相关的制造和功能应用提供了基于原子层次的抓手. 因此可以认为,由团簇科技发展到超原子的物理学研究是必然的,所以,我们提出了超原子物理学的概念和范畴. 超原子作为归属于分子的多原子复杂系统,它的电子结构与原子有相近性,凸显了超原子系统中相互作用有深刻且丰富的物理内涵. 依托于原子物理学的巨大成就,将原子层次的科技能力结合到超原子研究上,将开辟新的领域方向,促进从结构出发的传统研究思路转变到以功能为核心的研究范式,从而带来新的发展机遇.