铯原子气室中相干布居俘获的参数依赖关系研究

基于铯原子基态6S_1/2的两个超精细能级（F=3与F=4）与激发态6P_3/2的超精细能级（F′=4）构成的Λ型三能级系统,采用室温下的未充缓冲气体和充有分压为266.6 Pa的氖气作为缓冲气体的铯原子气室对于相干布居俘获（CPT）的参数依赖关系进行了实验研究和理论分析.主要研究了CPT信号的半高全宽和幅度对于频率差为铯原子基态6S_1/2的超精细分裂（9.19263177 GHz）且位相锁定的两激光束的功率、光强比值、光斑直径、磁屏蔽之后的剩余磁场以及是否充缓冲气体等实验参数的依赖关系.在优化的实验参数条件下获得了约340 Hz的CPT信号半高全宽.     

微米气室铯原子自旋噪声谱

利用自旋噪声谱技术研究了无缓冲气体133Cs原子气室的自旋动力学和展宽机制.在宏观原子气室中,自旋弛豫速率失谐频率谱的线型为高斯分布;在空间局域较强的微米气室中,自旋弛豫速率失谐频率谱的线型为洛伦兹分布.实验测量得到的自旋弛豫速率失谐频率谱的展宽约4 GHz,明显大于宏观原子气室中约度强烈依赖于激光相对于原子共振跃迁的频率失谐;在微米气室中,由于较强的均匀展宽,总噪声的失谐频率谱中心处出现明显的凹陷.通过建立简化的物理模型来计算微米气室的展宽机制,在实验与理论中解释了原子的均匀展宽特性.     

相干布居囚禁振荡与拉曼失谐的关系

相干布居囚禁(CPT)振荡是一种基于CPT态而产生的瞬态振荡现象,与相干双色光频差和Λ型三能级结构原子基态能级间隔之间的拉曼失谐有关.本文采用锯齿波对微波信号进行频率调制,实现拉曼失谐均匀变化和阶跃变化.并通过建立频率调制速率和拉曼失谐变化速率之间的关系,分析拉曼失谐变化速率和变化方式对CPT振荡的影响.结果表明,当拉曼失谐均匀变化时,激发CPT态原子产生振荡现象需要满足变化速率较快的条件,且激发产生的振荡呈现非谐波振荡行为.当拉曼失谐发生阶跃变化时,激发产生的CPT振荡为阻尼振荡且振荡频率与失谐量相等.利用锯齿波进行微波频率调制,进而实现对拉曼失谐的调制,实现CPT态的完全建立和CPT振荡的完全衰减过程,在弱磁场测量和原子钟领域具有较大的应用潜力.     

V型原子系统中相干布居俘获的相干相位调制研究

在延迟脉冲激光场作用下的V型原子系统中，实现了对相干布居俘获，电磁感应透明的相干相位调制，选择适当的能级其调制频率可以达到飞秒量级.利用数值和解析分析得到了延迟脉冲和叠加态粒子数布居的关系，以及粒子布居受光场相位调制的特点和变化规律.利用这种机理可以实现飞秒量级的量子开关作用. 关键词： 相干相位调制 相干布居俘获 电磁感应透明 量子开关     

激光线宽对原子相干效应的影响

该文在λ型三能级原子系统中分别讨论了耦合场和探针场线宽对电磁诱导透明(EIT)的影响,通过实验观测探针光和耦合光线宽变化时EIT的透明窗口的变化,得出耦合光对EIT的影响大于探针光线宽的影响,这一结果将为原子存储时间的提高具有一定意义.     

铯原子气室中D2线泵浦探测光谱的实验观测

在铯原子气室中采用偏振方向相互垂直且同向传播的线偏泵浦光和探测光，研究了铯原子D2线的泵浦探测光谱。由于在6 S1/2 F=3 – 6 P3/2 F’=2 超精细跃迁中存在多个L型塞曼子能级结构，从而产生了电磁诱导透明导致的吸收减弱；而在6 S1/2 F=4 – 6 P3/2 F’=5 超精细跃迁中则观测到了电磁诱导吸收。通过改变泵浦光的失谐量，在电磁诱导透明形成的吸收减弱凹陷和电磁诱导吸收产生的吸收增强峰内部均观察到了反常的吸收信号反转。     

Bell态原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的原子布居数演化

运用全量子理论并结合数值计算方法,研究了处于Bell态的两个全同二能级纠缠原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的原子布居数演化特性.讨论了双原子体系的初态、光场的平均光子数、双模纠缠相干光场的纠缠程度以及双原子体系的原子间耦合强度对原子布居时间演化的影响.结果表明:双原子体系的初态为|β11〉时,原子布居数不随时间变化;初态为|β00〉、|β01〉和|β10〉时,当初始平均光子数增大到一定数值时演化特性呈现出周期性的崩塌和回复效应,随初始光子数的增加时间演化曲线的振荡频率增大振幅减小,且初态为|β00〉或|β10〉时原子布居的回复周期是初态为时|β01〉的两倍;双模纠缠相干光场的纠缠程度以及原子间偶极相互作用的强弱对Rabi振荡频率没有影响但对振幅有着显著的影响.     

三能级原子与少周期脉冲串作用中的相干布居捕获

研究了少周期脉冲串作用下三能级原子中的布居转移和相干布居捕获现象.在非旋波近似的情况下求解了密度矩阵方程.研究结果表明在等时间间隔的锁相脉冲作用下,系统能级的布居逐步转移并积累,系统基态相干也逐步积累.在满足脉冲重复频率为基态能级频差的整数分之一倍时,三能级系统和频率梳中两梳齿频率成分作用形成相干布居捕获现象,原子暗态布居值达到最大,介质对脉冲透明.在适当选取少周期脉冲参量的情况下,在0.5个ns的时间内三能级系统相干性演化到最大后到达稳态,相干布居捕获发生.与脉宽为100个fs的多周期脉冲相比,少周期脉冲串在介质中建立相干布居捕获的时间缩短两个数量级.由于频率梳中与三能级系统发生作用的梳频成份有相同的频移,相干布居捕获的条件双光子共振仍然满足.因而,当两基态能级频率差较大时,如果选取少周期脉冲载波频率为系统能级1至2和1至3的传输频率之和的一半ω=(ω₁+ω₂)/2,室温下原子热运动的引起的多普勒频移并不会破坏相干布居捕获.     

相干布居数囚禁原子频标的实现及相关实验参数研究

原子频标要求高信噪比和窄线宽的鉴频信号,但对于被动型相干囚禁态原子频标(CPT频标), 改善鉴频信号信噪比以增加线宽为代价,因此选择合适的信噪比和线宽组合是研制CPT原子频标频标的重要环节。文章介绍了用桌面CPT频标系统地研究了鉴频信号与温度、光强等参数的关系所获得的研究结果,由此获得了合适选取的信噪比与线宽组合的依据。文章还给出了关于光源非理想偏振导致的消相干效应对CPT频标的影响所开展的实验结果。文章所提供的研究结果不仅帮助我们研制成功了CPT频标,而且对于CPT物理现象研究和其他CPT频标的研制也有参考价值。     

非简并Λ型三能级原子的速度选择相干布居俘获

研究了非简并Λ型三能级原子速度选择相干布居俘获与原子能级结构的非对称性以及原子-激光失谐之间的关系.指出相对于简并、共振情况，原子动量分布的概率峰峰值降低、最可几动量发生变化，而且原子的俘获时间也变得很长.     

非简并A型三能级原子的速度选择相干布居俘获

研究了非简并A型三能级原子速度选择相干布居俘获与原子能级结构的非对称性以及原子．激光失谐之间的关系，指出相对于简并、共振情况，原子动量分布的概率峰峰值降低、最可几动量发生变化，而且原子的俘获时间也变得很长．     

一个特殊模型中的相干布居俘获

外场作用下,对称双势阱中将发生相干布居俘获现象. 在氨分子模型中,当分子初始处在较低的本征态时,在一定的条件下激发态上将没有粒子数布居,外加光场强烈地使较低的双重态耦合在一起,且粒子数布居总保持为1,尽管此时外场与|2〉→|3〉接近共振. 这是一般模型所不能得到的结论. 关键词： 相干布居俘获 Ξ型三能级系统 双势阱     

铯原子蒸气薄池中的透射光谱

对单光束通过蒸气薄池中的铯原子6S1/2→6P3/2跃迁的透射光谱进行了实验研究，其透射光谱呈现出亚多谱勒特性。利用频率调制技术提高信号的灵敏度，同时研究了激光强度对信号的影响。     

Bell态原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用的原子布居数演化特性

运用全量子理论研究了Bell态原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用过程中的原子粒子布居差的时间演化规律.结果表明:原子初始处于|β11＞时,原子粒子布居差恒为零;原子初始处于其他三个Bell态时,随着初始光场平均光子数的增加,原子粒子数布居差时间演化曲线的振荡频率明显增大,振荡幅度明显减小;双模光场纠缠程度的大小对曲线的振荡频率及整体曲线的位置都没有影响.随着原子间偶极相互作用的增强,当原子初态处在|β01＞时,曲线的Rabi振荡频率明显增大;而两原子初始处于|β10＞或|β00＞态时,曲线的崩塌-回复现象逐渐消失.     

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.     

原子相干对反转和无反转激光线宽的影响

研究了原子相干对两个能级被一相干驱动场耦合的三能级系统反转和无反转激光线宽的影响。证明了原子相干不仅经线宽,而且可以加宽线宽,它对线宽的作用是窄化还是加宽取决于模型和参数的选择。我们的研究还表明,原子相干对线宽的影响小于布居数对线宽的影响,在强驱动场下,原子相干的效应可忽略。     

原子芯片上指数型布居增长的原子输运

超冷原子体系中要观测增益平衡的宇称-时间(PT)对称,需产生受控的原子布居增益/损耗及相干耦合。本文提出了动态控制原子芯片上双阱中原子输运实现原子布居指数增长的方法。采用直接蒙特卡罗方法数值研究了原子系综在双阱间的输运动力学,发现初始原子数和温度会显著影响输运效果,如目标势阱中的原子布居增益速率和转移效率。此外,还细致分析了左侧势阱抬升时间对右侧势阱中原子布居增长趋势的影响效果。该方案为在超冷原子气体中实现有增益/损耗的PT对称量子体系提供了切实可行的方法。     

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。     

芯片原子钟相干布居囚禁谱线特性研究

通过微型原子蒸汽室产生质量满足要求的相干布居囚禁(CPT)信号是实现芯片原子钟的关键之一.本实验通过对光源实施频率调制和对光场与⁸⁷Rb原子作用产生的信号作相敏解调获得高信噪比的CPT微分谱线, 利用CPT微分谱线研究了CPT信号随工作参数变化的规律以及信号质量对原子钟频率稳定度的影响, 所获研究结果与理论模型预期相符合, 实验结果为芯片原子钟推荐了最佳工作参数.实验所采用的方法利用芯片原子钟自身的资源就可以实施, 因此为芯片原子钟开展性能研究和实施工作参数优化提供了实用的手段.     

调制振幅对粒子布居几率振荡的影响

为探讨调频场导致的量子效应的物理本质,运用密度矩阵方程和布洛赫矢量模型,对调频场作用下二能级原子系统中的粒子布居几率振荡现象进行了理论分析,讨论了光场调制振幅对振荡过程的影响。理论计算结果表明,光场调制振幅对粒子布居转移和几率振荡有较大的调制作用。当其他参量不变时,随着调制振幅的增大,粒子布居几率振荡减弱,布居转移效率增高,吸收增强。布洛赫矢量分析表明,该振荡过程是系统粒子数转移、吸收和极化三者之间的动态变化过程。