~6Li超冷费米气体窄Feshbach共振的实验研究

我们通过精确锁定Feshbach共振线圈中的电流,获得了稳定度接近10-5的Feshbach共振磁场。利用RF射频谱和原子共振损失谱精确地测量了超冷6 Li费米原子气体的窄Feshbach共振,研究了该Feshbach共振的相互作用和原子气体的能量依靠关系,测量了原子内态相互作用和密度所导致的射频跃迁的散射碰撞频移。这种能量依靠的相互作用的费米原子气体具有重要的意义,可以产生新奇的超流,用来模拟中子星物质的态方程。     

基于原位成像技术的同步频率比对与密度频移测量

精密测量囚禁在光晶格里面中性原子间相互作用导致的密度频移在研究多体相互作用和实现高性能光晶格钟等方面有着重要应用.本文利用基于原位成像的同步频率比对技术对光晶格钟的密度频移系数进行了准确的测量.光晶格里面的原子被一束钟激光同时激发,并通过原位成像技术同时且独立地探测光晶格里11个不相关区域的钟跃迁概率.由于不相关区域里的原子被同时激发,即共模抑制了钟激光的噪声,因此它们间的频率比对稳定度超越了Dick噪声的限制,并与原子探测噪声极限相符合.得益于光晶格里非均匀的原子数分布和可以忽略的外场梯度,不相关区域间的频率比对结果即为密度频移.通过测量密度频移和格点平均原子数差的关系,获得密度频移系数为-0.101(3) Hz/(atom·site),经过10³s的测量时间,系统平均密度频移的相对测量不确定度达到了1.5×10^-17.     

强相互作用费米气体在谐振子势中的干涉演化

通过数值求解超流序参量方程,研究了强相互作用费米气体从光晶格中释放后的干涉条纹在谐振子势中的演化．发现对于强相互作用的费米气体,膨胀时弹性碰撞使得干涉条纹模糊．为了消除原子间的弹性碰撞而获得近弹道膨胀,实验上采用了快速磁场扫描技术．数值模拟了强相互作用费米气体在膨胀前的快速磁场扫描过程,得到了清晰的干涉条纹,且发现干涉条纹在谐振子势中做长时间周期振荡．计算了在不同超流区域所形成的干涉条纹,与实验观测到的一致．     

时间频率基准装置的研制现状

时间频率基准装置——铯原子喷泉钟, 在标准时间产生和保持、基础物理研究中发挥了重要的作用. 介绍了铯原子喷泉钟的工作原理, 对影响其性能的各项噪声源和频移项给出了分析, 影响频率稳定度性能的主要因素为Dick 效应相关的原子团装载时间、微波激励源相位噪声和探测激光的频率噪声, 影响频率不确定性能主要频移项为: 黑体辐射频移、冷原子碰撞频移、腔相位分布频移和微波泄露频移; 总结和比较了当前具有先进性能的铯原子喷泉钟采用的技术; 介绍了铯原子喷泉钟的主要应用方向、空间冷原子铯钟的研制情况和光学频率原子钟进展.     

原子喷泉频标:原理与发展

介绍了喷泉频标的原理与发展.喷泉频标是一项近20年来发展起来的原子钟技术,它以激光冷却技术为基础,利用该技术实现了冷原子介质的俘获与上抛.冷原子介质在上抛下落过程中首先完成原子态制备,然后两次通过微波谐振腔实现Ramsey作用,在两次作用之间原子经历自由演化,最后原子经过探测区,通过双能级荧光探测法探测原子跃迁概率得到鉴频的Ramsey干涉条纹,并实现频率锁定,其中心条纹的线宽在1Hz左右.频率稳定度和频率不确定度是喷泉频标的两个重要指标.影响喷泉钟频率稳定度的因素主要有量子投影噪声和电子学噪声,目前喷泉钟的短期稳定度为(10~(-13)—10~(-14))τ~(-1/2),长期稳定度在(10~(-16)—10~(-17))量级.喷泉频标的频率不确定度主要受二阶塞曼频移、黑体辐射频移、冷原子碰撞频移以及与微波相关的频移等的影响.目前喷泉钟的不确定度在小的10~(-16)量级.作为基准频标,喷泉钟的工作介质主要是~(133)Cs,~(87)Rb.国际各大计量机构都研制了喷泉频标,它在各地协调世界时的建立、国际原子时的校准等方面发挥着越来越重要的作用.此外,喷泉频标还用于研究高精度时频基准和时间比对链路、验证基本物理理论等.     

可搬运锶光晶格钟系统不确定度的评估

可搬运光学原子钟在科学研究和工程应用中具有重要意义.本文测量了可搬运87Sr光晶格钟系统的主要频移,包括黑体辐射频移、碰撞频移、晶格光交流斯塔克频移、二阶塞曼频移等.首先实验上测量了磁光阱腔体表面的温度分布,分析了不同热源对原子团的影响,得到黑体辐射总的相对频移修正量为50.4×10^-16.相对不确定度为5.1×10^-17.然后利用分时自比对方法,评估了碰撞频移、晶格光交流斯塔克频移和二阶塞曼频移.结果表明,由黑体辐射引起的频移量最大,晶格光交流斯塔克频移的不确定度最大,系统总的相对频移修正量为58.8×10^-16,总不确定度为2.3×10^-16.该工作为可搬运87Sr光晶格钟之后的性能提升和应用提供了条件.     

高激发态原子的相干效应

本文以高激发态原子为研究对象, 由基态、激发态和高激发态能级形成阶梯型三能级系统, 理论上求解阶梯型三能级系统的密度矩阵方程, 研究了高激发态原子的相干效应, 计算获得探测光的吸收和色散曲线. 并研究了高激发态原子间相互作用以及外加电场对相干效应的影响. 结果表明, 外加场可以使吸收和色散曲线产生频移.     

一维谐振子势阱中的理想量子气体

本文利用微正则系综研究了囚禁于一维谐振子势阱中的无相互作用的玻色气体和费米气体的热力学性质,并指出一维谐振子势阱中理想玻色气体和费米气体的热力学性质是相同的.     

双波场共振泵浦的四能级原子系统

本文运用Dressed原子态方法;把四能级原子与两个激光场和一个探测场的相互作用转化为四能级原子与一个弱探测吸收场的相互作用,然后采用微扰理论求解Dressed原子表象中的密度矩阵方程,得出吸收谱的解析表达式,并详细讨论了吸收谱的各种持性.最后,导出了由外场感应的能级间的电偶极矩表达式,并找出了吸收谱与它的关系.     

一维无限深方势阱的力公式及在费米气体中的应用

本文得到了一维无限深方势阱单个粒子对缓慢移动阱壁作用力的解析公式.该结果被推广到势阱中有多个无相互作用费米子的情况.在绝对零度时,多粒子相干力主要来源于最高能量本征态和比它高一级的能量本征态之间的相干效应.     

锶原子光晶格钟

进入21世纪以来,锶原子光晶格钟经历了快速的发展,系统频移的不确定度指标已经超越现有的秒定义基准铯原子喷泉钟,进入到10~(-18)量级,体现了人类精密测量能力的最高水平,是精密测量物理的热点研究内容.本综述简要介绍了锶原子光晶格钟的发展水平;详细介绍了锶原子光晶格钟的各个组成部分和关键技术、如何进行精密光谱探测和闭环锁定以及各项系统频移的不确定度评估方法和锶原子跃迁绝对频率测量的方法等;最后简要介绍了锶光钟的应用和未来发展趋势.     

碱金属原子多极极化率的解析计算及其应用

通过考虑碱金属原子中的价电子在模型势中的运动, 给出了碱金属原子激发态(包括分立谱和连续谱)的波函数, 导出了碱金属原子的多极动态极化率的计算式中所涉及的矩阵元的解析表达式, 实现了碱金属原子多极动态极化率的解析计算. 作为应用, 利用范德瓦尔斯相互作用系数与动态极化率之间的积分关系, 计算了异核基态碱金属原子间的三体相互作用系数, 将计算结果与此前用稳定变分方法得到的结果进行了比较, 结果显示两者是一致的. 此工作为后续研究激发态碱金属原子间的相互作用奠定了基础.     

原子与热库相互作用系统中的三体纠缠特性

利用Ket-Bra纠缠态方法,求解了原子与热库相互作用系统中的密度矩阵主方程,得到了密度矩阵的演化表达式.考虑三个二能级原子独立与热库相互作用的情况,利用负本征值度量三体纠缠,研究了系统中原子间的三体纠缠特性.采用数值计算方法,讨论了热库平均光子数和原子自发辐射率对原子间三体纠缠特性的影响.研究结果表明:随原子自发辐射率和热库平均光子数的增大,原子间的三体纠缠衰减加快.     

共振和非共振情况下非简并双光子Tavis-Cummings模型中原子与原子之间的纠缠演化

针对共振和非共振情况讨论了非简并双光子Tavis-Cummings(T-C)模型中原子与原子之间的纠缠演化,得到纠缠度的解析表达式.基于两类型不同的初态,详细分析了光场本征频率、原子跃迁频率以及原子与原子间偶极相互作用对纠缠的影响,并比较了共振和非共振情况下的纠缠演化行为.     

绝热跃迁方法测量铯喷泉钟冷原子碰撞频移

冷原子碰撞频移是限制铯原子喷泉钟频率不确定度性能的主要因素之一.在使用外推法测量冷原子碰撞频移时,制备密度均匀成比例的原子团是减小系统误差的关键.绝热跃迁方法可以用来实现均匀跃迁比例,均匀度可达10~(–3).通过理论分析Bloch矢量的演化,导出了误差满足的方程,实验测量了不同参数对跃迁几率的影响,印证了理论分析.在此基础上可以优化实验参数并评估原子有效密度比的不确定度,实现了冷原子碰撞频移的高精度测量.     

超冷铯Rydberg原子的Autler-Townes分裂

主要研究超冷铯Rydberg原子阶梯型三能级系统的Autler-Townes(A-T)分裂.铯原子基态6S_(1/2)、第一激发态6P_(3/2)和Rydberg态形成阶梯型三能级系统,强耦合光共振作用于6P_(3/2)(F′=5)→34D_(5/2)的跃迁,探测光由偏振光谱锁定在6S_(1/2)(F=4)→6P_(3/2)(F′=5)的跃迁,并由双通的声光调制器在其共振跃迁附近扫描,形成的Rydberg原子A-T分裂谱由单光子计数器探测.A-T光谱的双峰间距与耦合光的拉比频率成正比,实验结果与理论计算在耦合光拉比频率Ω_c2π×9 MHz时符合得很好,在拉比频率Ω_c2π×9 MHz时,测量的A-T分裂比理论计算值小13%.产生偏差的主要原因是由于较大的耦合光拉比频率Ω_c增加了激发的Rydberg原子数,Rydberg原子间的相互作用产生了较大的退相干率所致.     

两能级原子与热辐射场Raman相互作用时原子量子态保真度

两个两能级原子置于热辐射场环境中,原子用泡利算符描述,环境用无穷的谐振子热库描述.原子与热库产生Raman相互作用,原子间存在偶极相互作用,运用密度矩阵方法,得到两能级原子密度矩阵元演化规律.针对四种不同的初始状态,分析置于热辐射场中原子量子态保真度.结果表明:两个原子初始处于不同量子叠加态,量子信息在传输过程中的保真度有明显的差异.     

两二能级原子在共同环境下的量子关联动力学

通过精确求解带有偶极-偶极相互作用的两个二能级原子与一个共同热库相互作用模型, 得到了两原子间量子纠缠和量子失谐(quantum discord)的解析表达式. 综合考虑了环境的非马尔可夫效应、原子间的偶极-偶极相互作用以及原子的本征频率同腔模中心频率之间的失谐量对两原子间量子纠缠和quantum discord的影响. 研究显示: 在非马尔可夫机制下, 且原子的本征频率与腔模中心频率是共振时, 当两原子初态处于纠缠态时, 原子间偶极-偶极相互作用可以显著抑制包括量子纠缠和quantum discord等量子关联的衰减, 更特别的是, 如果原子的本征频率同腔模中心频率有一定的失谐时, 利用原子间偶极-偶极相互作用可大大地延长两原子退纠缠的时间; 当两原子初态处于可分离态时, 从短时间来看, 原子间偶极-偶极相互作用可以提高量子纠缠和quantum discord振荡的振幅,而在长时间极限下, 原子间偶极-偶极相互作用不会改变量子纠缠和quantum discord达到的稳定值. 最后, 讨论了原子间偶极-偶极相互作用对量子纠缠和quantum discord动力学不同的影响. 关键词： 量子纠缠 量子失谐 共同环境 偶极-偶极相互作用     

分子振动光谱中费米共振效应的理论研究

本文考虑了分子振动非谐性所引起的振动能级之间的费米共振相互作用,利用定态微扰论,从理论上系统地分析了两态和三态之间的费米共振相互作用对能级能量、态函数和谱线强度的影响,在三阶非谐性近似下,得到了计及费米共振相互作用在内的能级能量、态函数和谱线强度的数学解析表达式.     

用于超冷原子囚禁的一体式结构三维光晶格系统

为优化用于冷原子装载的三维光晶格囚禁势阱,提出一种一体式结构且具有腔增强效果的三维光晶格系统。基于激光与原子的相互作用理论,对用于碱土金属~(88)Sr冷原子囚禁的光晶格势阱进行研究,通过对Lamb-Dicke参数η的讨论得到该势阱束缚能力对阱中原子的作用效果,当η1时,原子被强束缚,与载波跃迁相关的拉比辐射值最大,边带激发跃迁被抑制。通过使一束入射激光在多个特殊角度设置的反射镜之间传播,实现3对激光之间相互正交的三维光晶格。研究结果表明,在实现相等势阱深度的前提下,该三维光晶格系统所需激光功率仅为传统晶格系统激光功率的1/15,此时势阱深度最大值为86μK,对温度在几个或十几μK量级的锶冷原子囚禁是非常有效的,并得到晶格轴向上的囚禁频率约为158 k Hz,相应的η为0. 17。此外,还表明晶格光场偏振态对该三维光晶格势阱的稳定性分布具有明显的影响,可通过使各维度光束的偏振相互垂直,消除干涉引入的负面影响。该一体式三维光晶格能够降低对原子本身的干扰,有利于准确捕捉晶格势阱中,被囚禁原子的内部信息。该研究为实现高效光晶格装载冷锶原子及其它碱土金属原子提供理论参考。