HL-2A托卡马克超声分子束注入深度和加料效果研究

超声分子束注入深度与加料效率是分子束加料研究中的基本课题.在近期开展的超声分子束注入实验中，发现分子束注入深度与等离子体电子温度和密度、分子束源的气压和温度有直接关系，获得了分子束注入深度的定标律.在低温气体源(液氮冷却)的分子束注入实验中，发现分子束流中形成了团簇，其注入深度超过30 cm，分析了在低温气源分子束注入实验中的团簇现象. 关键词： 超声分子束注入 注入深度 加料效率 团簇     

超冷原子陷阱中的精确光谱学

超冷原子陷阱中的精确光谱学￥中国科学院物理研究所＠徐积仁超冷原子陷阱中的精确光谱学当用磁场及激光冷却原子使其温度小于ｍＫ量级时，原子被捕获于冷阱中，这时原子的热运动速度已接近为零．在另一束激光作用下，彼此相撞的原子可以结合成分子，这种由光作用形成的分子，称...     

瑞利散射测量氢团簇尺寸实验

具有液氮温度和适度压强的氢气通过S99阀门Laval喷嘴进入真空，经超声绝热膨胀形成团簇。本实验用瑞利散射法测量氢团簇尺寸随阀门背压强的变化曲线。当背压为1．0MPa时，每个氢团簇平均包含250个氢原子。     

Si离子注入对分子束外延Si1-xGex/Si量子阱发光特性的影响

对分子束外延生长带边激子发光的Si_1-xGe_x/Si量子阱结构，通过Si离子自注入和不同温度退火，观测到深能级发光带和带边激子发光的转变.Si离子注入量子阱中并在600℃的低温退火，形成链状或小板式的团簇缺陷，它导致深能级发光带的形成，在850℃的高温退火后重新观测到带边激子发光.这种团簇缺陷的热离化能约为0.1eV，比Si中空穴或填隙原子缺陷的热激活能(约0.05eV)高.这表明早期文献中报道的深能级发光带是由类似的团簇缺陷产生的. 关键词：     

采用半高斯光束实现连续分子束减速的新颖光学Stark减速器

非均匀静电场形成的Stark减速器仅能用于极性分子束的减速与冷却，非均匀磁场也仅能用于顺磁分子的操作与控制。然而，激光可以与任何分子或原子相互作用。因此，由激光场形成的光学Stark减速器可以用于非极性和非顺磁分子束的减速。本文提出了一种由半高斯光束形成的新颖光学Stark减速器，报道了半高斯光束产生的实验方案及其理论与实验结果，详细分析了半高斯光束Stark减速器对连续射流分子束的减速作用。     

一种实现冷原子(或冷分子)囚禁的可控制纵向光学双阱

提出了一种新颖的实现冷原子(或冷分子)囚禁的可控制纵向光学双阱方案，它由一个二元π相位板及一会聚透镜所组成，其π相位板由两个面积相等的具有0和π相位的同心圆环组成. 当一平面光波通过此光学系统时将在光轴上透镜焦点两侧形成一个光学双阱，如果调节入射到二元π相位板上光束横截面的半径大小，即可实现从光学双阱到单阱的连续演变，或由单阱到双阱的连续变化. 介绍了本方案产生可控制光学双阱的基本原理，给出了形成光学双阱的最佳几何参数，研究了双阱、单阱及其演化过程的光阱参数、光强分布等与光学系统参数间的关系. 该方案不仅可用于双样品原子(分子)的光学囚禁及其全光型玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的实现，而且可用于研究超冷原子(或分子)物质波的干涉，或构成双层2D光阱列阵，甚至用于制备新颖的双层2D光学晶格. 关键词： 二元π相位板 可控制光学双阱 双样品囚禁 光学晶格     

HIRFL-CSR团簇靶的优化

为HIRFL-CSR团簇内靶设计加工了新的供气系统, 拆换了原有的喷嘴, 对氢气和氩气进行了新的实验, 获得了氢气和氩气的稳定团簇束, 解决了困扰团簇靶稳定运行的喷嘴堵塞问题. 获得的氢团簇束密度为1.75×10¹³ atoms/cm³, 好于德国GSI内靶对氢束所达到的1×10¹³atoms/cm³. 研究了团簇束的衰减, 测量了氢束和氩束的有效靶厚, 研究了团簇靶系统对这两种工作气体的长期运行稳定性. 对氢和氩两种工作气体, 各级气压呈现了良好的稳定性, 说明在实验的时间范围内, 团簇靶运行稳定.     

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。     

飞秒强激光场中大尺寸氩团簇爆炸机理的实验研究

利用飞行时间谱，研究了在飞秒强激光场（60 fs，2×1016 W/cm2）作用下，大尺寸氩原子团簇Arn（n—=3×103—3×106原子/每团簇）的电离爆炸过程，测量了 团簇爆炸所产生的氩离子的平均能量与团簇尺寸（气体背压）的关系.实验发现，随着气体 背压的升高（团簇尺寸增大），氩离子的平均能量也相应升高.通过分析两个不同几何尺寸 锥形超声喷嘴所产生团簇爆炸后的离子能量，结合Hagena团簇尺寸规律，发现在激光参数保 持不变的情况下，离子的平均能量由团簇尺寸唯一确定.分析表明，团簇尺寸在3×105原 子/每团簇以下时，团簇膨胀的主要机理是库仑爆炸.随着团簇尺寸的进一步增大，团簇膨胀 机理将由库仑爆炸向流体动力学膨胀过渡，在3×105关键词： 原子团簇 飞秒强激光 库仑爆炸 流体动力学膨胀     

实现冷原子或冷分子囚禁的双层光阱列阵

提出了一种新颖的实现冷原子或冷分子囚禁的双层光阱方案,它由二元π相位板列阵和会聚透镜列阵所组成,用平面光波通过此光学系统时将在透镜焦平面两侧形成双层光阱.介绍了产生双层光阱的基本原理,分析了光阱光强分布、强度梯度等与光学系统参数间的关系,研究了双层光阱囚禁原子(或分子)的光学偶极势和自发散射速率(包括瑞利散射和拉曼散射)等.该方案不仅可用于多样品原子(或分子)的光学囚禁及全光型玻色一爱因斯坦凝聚(BEC),而且可用于制备新颖的双层2D光学晶格.     

气体团簇离子束装置的设计及其在表面平坦化、自组装纳米结构中的应用

根据超声膨胀原理,n(10-10^4)个气体原子可以绝热冷却后凝聚在一起形成团簇,经过离化后,形成带一个电荷量的团簇离子,比如Arn^+.当团簇离子与固体材料相互作用时,由于平均每个原子携带的能量(~eV)较低,仅作用于材料浅表面区域,因此,气体团簇离子束是材料表面改性的优良选择.本文介绍了一台由武汉大学加速器实验室自主研制的气体团簇离子束装置,包括整体构造、工作原理及实验应用.中性团簇束由金属锥形喷嘴(F=65-135μm,q=14°)形成,平均尺寸为3000 atoms/cluster,经离化后,其离子束流达到了50μA.Ar团簇离子因其反应活性较低,本文运用Ar团簇离子(平均尺寸为1000 atoms/cluster)进行了平坦化和自组装纳米结构的研究.单晶硅片经Ar团簇离子束处理后,均方根粗糙度由初始的1.92 nm降低到0.5 nm,同时观察到了束流的清洁效应.利用Ar团簇离子束的倾斜(30°-60°)轰击,在宽大平坦的单晶ZnO基片上形成了纳米波纹,而在ZnO纳米棒表面则形成了有序的纳米台阶,同时,利用二维功率谱密度函数分析了纳米结构在基片上的表面形貌和特征分布,并计算了纳米波纹的尺寸和数量.     

氩和氪气体团簇靶的制备及特性研究

 采用瑞利散射法和Mach-Zehnder（M-Z）干涉法分别测量氩、氪团簇的尺寸和密度，讨论了影响团簇尺寸和密度的因素，并比较氩团簇和氪团簇特性的异同点。通过改变诊断光和喷嘴阀门的相对延迟时间，获得了团簇尺寸和密度随时间的变化情况，发现氩、氪团簇的尺寸和密度均在3~25 ms达到最大值；在气体背景压强1.2~6.0 MPa下，测量了喷嘴轴线上的密度分布，发现离喷嘴喉部越远，气体密度越低，并且气体密度随压强呈线性上升。     

实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱

提出了一种利用单光束照明二元π相位板与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱新方案.计算了四阱的光强分布，讨论了从光学四阱到双阱或到单阱的演化过程，并导出了四阱和双阱几何参数、光强分布、强度梯度及其曲率与光学透镜系统参数间的解析关系.研究表明，通过相对移动二元π相位板可实现光学四阱到双阱或到单阱的连续双向演化，获得了四阱或双阱间距与相位板移动距离的关系.该方案在超冷原子物理、冷分子物理、原子光学、分子光学和量子光学，甚至量子计算及信息处理等领域中有着广阔的应用前景. 关键词： 二元π相位板 可控制光学四阱 原子分子囚禁 原子光学     

一种可控的Ioffe型冷分子表面微电阱

囚禁于阱中的粒子(原子或分子)可获得更长的相互作用时间,因而在精密测量中可获得更高的分辨率.阱中的粒子与外界隔离,从而可以被冷却到更低的温度.因此原子(或分子)阱已广泛应用到许多研究领域.然而中心电场强度为零的势阱会导致粒子发生非绝热跃迁,这是原子或分子损失的主要来源.该损失曾是制备原子玻色-爱因斯坦凝聚的最后一道障碍.本文提出了一种可控的Ioffe型表面微电阱,其电场强度处处不为零,可有效避免分子的非绝热损失.另外,通过调节电压等参数,势阱中心电场强度以及势阱中心距芯片表面的高度可以在较大范围内调节,例如在本文参数下,势阱中心电场强度可在0.15—5.5 kV/cm变化,势阱中心高度可在6.0—17.0μm变化.本文通过有限元软件计算了芯片表面微电阱的电场分布,并用Monte Carlo模拟验证了该方案的可行性.该表面微电阱不仅可用于分子芯片的集成,而且可用于表面量子简并气体的制备.为精密测量、量子计算、表面冷碰撞和冷化学等领域提供了一个平台.     

超声分子束在HL-1M托卡马克等离子体中的消融和穿透

讨论并研究了超声分子束在托卡马克等离子体中的消融和穿透问题，其中包括了分子束的绝热膨胀，团簇的形成和解离，束的静电屏蔽效应和冷通道效应.研究结果表明，在考虑了这些效应以后数值得到的结果与实验结果相近.这些研究对于更好地理解超声分子束与等离子体的相互作用和优化设计加料系统有一定作用. 关键词： 超声分子束 加料 托卡马克等离子体 消融和穿透     

钨离子团簇与N_2分子的反应性

利用激光蒸发团簇源产生Wn 团簇束 ,团簇束通过一个充有N2 气体分子的低压反应池 ,利用飞行时间质谱探测反应产物 ,在类单次碰撞条件下研究了W 10 -W 50 和N2 分子的反应性 ,在室温条件下测量了N2 分子与W n 团簇反应的反应几率。团簇尺寸在 10～ 2 6原子的团簇与N2 分子的反应几率与团簇尺寸有很强的相关性 ,对n =16,2 2 ,2 3的团簇具有比较高的反应性。W n 与N2 分子的反应性与Wn 与N2 分子的反应性显示出相似的规律性。     

钨离子团簇与N2分子的反应性

利用激光蒸发团簇源产生Wn团簇束,团簇束通过一个充有N2气体分 子的低压反应池,利用飞行时间质谱探测反应产物,在类单次碰撞条件下研究了W+10 -W+50和N2分子的反应性,在室温条件下测量了N2分子与W+n团簇反应的 反应几率。团簇尺寸在10～26原子的团簇与N2分子的反应几率与团簇尺寸有很强的相关性 ,对n=16,22,23的团簇具有比较高的反应性。W+n与N2分子的反应性与Wn与N 2分子的反应性显示出相似的规律性。     

一种新颖的表面空心微光阱阵列

提出了采用四台阶相位光栅与微透镜阵列组合产生一种新颖的表面空心微光阱阵列的方案，研究了表面空心微光阱阵列的光强分布，计算了相应的光学囚禁势，并讨论了该微光阱阵列在原子分子光学中的潜在应用.研究表明当用1W的YAG激光照射时，在1cm²面积上可产生近10⁴个空心光阱，每个光阱具有较小的囚禁体积和较大的有效光强及其强度梯度，对⁸⁵Rb原子的光学囚禁势可达190μK.如此深的光阱足以囚禁冷原子或冷分子，并可用于实现全光型原子或分子玻色-爱因斯坦凝聚，甚至制备新颖的光学晶格等. 关键词： 空心光阱 冷原子或冷分子 光学晶格     

采用Damman光栅实现冷原子或冷分子囚禁的光阱阵列

提出了一种采用Damman光栅和球面透镜组合光学系统产生二维光阱阵列的新方案. 在使用红失谐高斯激光束照射的条件下，推导了计算光阱阵列的周期、光强分布、光强梯度和光阱几何参数的经验公式，讨论了此光阱阵列的特点以及在原子光学和分子光学中的应用. 研究结果表明，这种光阱阵列方案比已有的光阱阵列方案更为简单可行、操作方便，非常适用于冷原子或冷分子的阵列囚禁，以及制备新颖的光学晶格. 关键词： 冷原子或冷分子 光阱阵列 Damman光栅 光偶极势     

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。