激光冷却囚禁亚稳态氪原子同位素

高效率地冷却和囚禁亚稳态惰性元素原子,可用以研究冷原子间的相互作用,以及通过对放射性同位素的检测实现样品年代测定．本文主要介绍在中国科学技术大学建设的激光冷却氪同位素原子实验装置．目前,我们利用这一装置已经成功地将氪原子的各个稳定同位素进行了激光冷却和囚禁,获得了高浓度的亚稳态冷原子团,并且有望进一步提高装载速率等重要指标,以达到高效率检测应用的需要．     

利用三维光晶格技术实现铯原子冷却的实验研究

激光冷却原子是超冷原子分子物理实验的基础,在精密测量、量子模拟等研究中具有重要的意义.为了获得温度更低,密度更高的超冷铯原子样品作为制备超冷基态铯分子的起点,本文实验展示了一种利用三维光晶格装载实现超冷铯原子温度进一步降低的方法,有效克服了磁光阱中超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题.在标准的磁光阱系统中获得超冷铯原子的基础上,利用压缩磁光阱技术提高超冷铯原子的密度.通过四束激光构建三维光晶格,实现超冷铯原子的高效装载,采用飞行时间法测量了原子的温度,观察到温度由~6 0.0μK降低至~1 1.6μK的冷却结果.同时研究了光晶格激光的频率与原子装载数目的关系,发现在负失谐1 5.5GHz时光晶格装载效率最高.同时,本文研究了利用光晶格减小超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题,对于进一步降低铯原子温度的研究具有深远的意义.     

激光冷却原子的新奇量子态与探测

随着原子气体的激光冷却和相干操控技术的飞速发展,冷原子系统的新奇量子态研究以及在量子精密测量的应用均取得了丰硕的成果,例如人造规范势、多体相互作用诱导的拓扑态及拓扑量子相变、冷原子喷泉频标、冷原子干涉仪测量引力常数、魔术波长光晶格频标、冷离子频标、冷原子重力仪、冷原子陀螺仪等.新型冷原子精密测量多次刷新了精密测量的记录,并逐渐成为新的计量标准.基于超冷原子的精密测量为新一代全球卫星导航、深空探测、微重力测量、地震预报、地下油田面积的勘测和油井的定位、工业精密测量与控制等提供新的关键技术.本文重点阐述了激光冷却原子的新奇量子态及探测技术,例如在玻色-凝聚体中产生自旋-轨道角动量耦合;由多体相互作用诱导的拓扑相变;在开通道、闭通道失衡Feshbach共振条件下,体系存在从FuldeFerrell-Larkin-Ovchinnikov超流态到Sarma超流态的量子相变;发展了87Rb原子nP里德堡态的光谱测量、光晶格中超冷原子量子态的探测等手段,并实现了多组分BEC干涉仪.     

光晶格中镱原子的拉曼边带冷却

为了对光晶格中的镱(Yb)原子进一步降温,系统地介绍拉曼边带冷却的原理和方法;为了有效评估边带冷却的效果,利用边带谱来获得原子温度信息;~(171)Yb原子被囚禁在一维光晶格中后,利用波长分别为578、 1 388、 556 nm的冷却光、回泵光、极化光3束激光同时作用在原子上来实现原子振动能态的降低,利用578 nm的钟激光探询原子的~1s_0→~3p_0跃迁,通过扫描钟激光的频率得到运动边带谱,并通过拟合边带谱得到原子温度。结果表明:经过拉曼边带冷却后,晶格中原子的温度从24μK降到了10μK;原子温度的降低可以抑制原子间的碰撞频移,有利于获得赫兹量级的超窄钟跃迁谱。     

激光冷却和操控原子:原理与应用

 利用激光进行冷却和囚禁原子,可降低原子热运动速度、实现原子的量子操控,在精密测量等领域具有重要应用。本文概述了激光冷却和囚禁原子技术的发展历程及其基本原理,综述了该技术在玻色-爱因斯坦凝聚、原子钟和原子干涉仪等领域的应用。     

超冷玻色气体中的电磁感应透明

研究了超冷玻色气体中的电磁感应透明现象.利用平均场理论,考虑处于所有能级的原子被光势阱所囚禁,本文导出了系统的色散关系并计算了在超冷原子气体中传播的慢光的群速.     

冷却囚禁原子的基本方法——磁光阱

 讨论了磁光阱的基本原理——光作用力理论和实验方法:用1对反向电流线圈和3对相互垂直的(上下左右前后)的圆偏振激光束照射气体原子,使原子受到耗散力被冷却,而且还会因受到非均匀光电场的梯度力作用而被囚禁与光束交汇中心,从而达到冷却囚禁原子的目的,为实现玻色-爱因斯坦凝聚奠定了基础.     

光腔内一维扩展玻色-哈伯德模型的量子相变

光晶格为研究冷原子提供了一个非常纯净并且容易调节的实验平台.在光腔内的光晶格中载入冷原子,可以引入光子原子之间的耦合相互作用,有助于人们研究超辐射转变以及超流和超固体等量子相.除了最近邻格点之间原子排斥相互作用有助于形成超固体以外,原子光子耦合系数的正负符号随位置交替变化也有助于形成超固体.本文将这两种相互作用都考虑进光腔中扩展玻色-哈伯德模型,通过测量原子密度、光子密度、超流序参量、固体序参量和超固体序参量,用平均场方法得到系统的基态相图,发现与硬核系统相比,软核系统的超固体范围更大更容易被发现.此研究结果有助于指导光腔中冷原子实验寻找新的量子相.     

光缔合制备超冷分子及其光谱特性研究

通过介绍超冷分子的研究进展,分析了超冷原子光缔合产生超冷分子的物理机制,详细地介绍了实验中光缔合产生超冷分子的方法并对其光谱进行了分析.     

闪耀光栅产生光学势阱阵列

提出用液晶空间光调制器制作闪耀光栅产生光学势阱的新方案,优化设计光栅的相位变化参数,用单束激光照明,产生3×3和4×4等光强光学势阱阵列.根据现有空间光调制器性能和尺寸,模拟设计光栅,计算光阱阵列光强分布.研究结果表明：所产生的光阱阵列中各光阱具有较高的峰值光强和光强梯度,且光强分布均匀;对冷原子或冷分子囚禁有较高的光学偶极势和较强的偶极力,在原子光学晶格的实验研究中具有很好的应用前景.     

国内期刊亮点

正新型原子滤光器滤波带宽接近原子自然线宽超窄带光学滤光可以有效抑制背景光,同时读取微弱的信号光。激光雷达、大气遥感、激光和量子通信等领域的实践表明,利用吸收、发射及内部能量转换等物理特性的原子滤光是实现超窄带光学滤光的理想方法之一。原子滤光器能够有效地进行频谱滤波,提高光学信号的探测灵敏度。为了探索超窄带光学滤光在基于原子系综的量子存储器、窄带单光子源等领域的新应用,     

Raman型原子激光制备过程中光场的压缩特性

研究了Raman型原子激光制备过程中探测光场的压缩特性．这种原子激光是利用钠原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）与一束较弱的压缩相干态探测光和一束较强的经典泵浦光Raman跃迁相互作用制备得到的研究结果表明,压缩相干态探测光在原子激光制备过程中呈现周期性压缩,其压缩周期与原子阱中的平均原子数、光场与原子BEC相互作用强度及光场的失谐量等因素有关,压缩深度决定于探测光场的初始压缩因子．     

强相互作用一维冷原子气体有效自旋链模型中密度分布的研究

粒子间具有强相互作用的一维冷原子气体在散射共振附近无须外加光晶格即可实现有效自旋链模型。文章利用有效自旋链模型分别计算了囚禁在一维谐振子势阱和一维无限深方势阱中强相互作用费米系统的能级排布与自旋密度分布。结果表明系统能级的排布与系统总的自旋数有关,外势的改变会引起能量的偏移。引入磁场梯度将使有效自旋链两组分自旋密度在空间交替排布,即系统处于基态反铁磁序。     

激光冷却俘获中性钠原子的实验研究

采用二维磁光阱预冷却俘获钠原子,可以为处于高真空的三维磁光阱提供高效冷原子源,其中包括两级原子冷却系统真空腔的设计,冷却俘获探测原子和操控原子自旋态的光路设计。描述了利用永磁铁组构建二维磁光阱所需的中心四极磁场并将边缘磁场用于塞曼减速。通过优化实验参数实现了在三维磁光阱中俘获约10~8个钠原子。     

地面与微重力环境下冷原子量子磁性的精密测量

冷原子是利用激光制冷、蒸发制冷等冷却手段将原子制备到接近绝对零度的状态.作为当前量子物理的一个重要国际前沿,冷原子物理已经发展到探索、研究、测量原子内部的自旋自由度.对其内部自旋自由度的超精细结构所呈现的丰富量子磁性的精密测量,无论是对基础物理,或是新技术的运用,无疑都有着非常重要的作用.而借助于微重力环境的优势,创造新的极端条件,冷原子实验系统可获得地面无法达到的pK量级的超低温以及长时间的精密测量,量子磁性的操控与精密测量可以突破地面重力的限制而达到新的参数区域.本文综述了地面与微重力环境下冷原子实验原理、装置、方案,不同磁量子数塞曼态间转移、磁性相变,以及飞行时间成像与相衬成像.就其精密测量,着重阐述了在微重力下使冷原子继续深度冷却,和使用非破坏相衬成像测量手段这两方面.     

直接从气室获得3?μΚ超低温铯原子光学粘团

报告了采用直接从铯蒸汽气室而不用磁光阱实现了光学粘团的方法.用此办法得到了3?μΚ的铯的超冷原子团.这是我国目前用激光冷却方法得到的最低温度.具体描述了实验装置和方法,以及测量温度的拟合方法.     

直接从气室获得3μK超低温铯原子光学粘团

报告了采用直接从铯蒸汽气室而不用磁光阱实现了光学粘团的方法，用此办法得到了3μK的铯的超冷原子团，这是我国目前用激光冷却方法得到的最低温度，具体描述了实验装置和方法，以及测量温度的拟合方法。     

利用高分辨率光缔合光谱学研究超冷铯分子的长程态

报道了利用高分辨光谱学对铯原子光缔合的实验研究, 用相对于铯分子6S_1/2+6P_3/2离解限最大红失谐为40 cm^-1的光缔合激光作用于磁光阱中超冷铯原子, 观察到通过光缔合产生的激发态超冷分子. 应用lock-in技术探测磁光阱超冷铯原子的荧光, 提高了光谱的信号-噪声比. 实验得到的光缔合光谱分别属于相对于6S_1/2+6P_3/2离解限的0^-_g , 1_g和 0⁺_u 3个长程态. 通过LeRoy-Bernstein定律标定出谱线中各个长程态相应的振动量子数, 并计算出长程相互作用主导项的有效系数. 同时在光缔合过程观察到了转动量子数 J 很高的分子转动结构, 这主要是由于在俘获光存在下光缔合过程中有高次分波介入的原因.     

利用高分辨率光缔合光谱学研究超冷铯分子的长程态

报道了利用高分辨光谱学对铯原子光缔合的实验研究, 用相对于铯分子6S_1/2+6P_3/2离解限最大红失谐为40 cm^-1的光缔合激光作用于磁光阱中超冷铯原子, 观察到通过光缔合产生的激发态超冷分子. 应用lock-in技术探测磁光阱超冷铯原子的荧光, 提高了光谱的信号-噪声比. 实验得到的光缔合光谱分别属于相对于6S_1/2+6P_3/2离解限的0^-_g , 1_g和 0⁺_u 3个长程态. 通过LeRoy-Bernstein定律标定出谱线中各个长程态相应的振动量子数, 并计算出长程相互作用主导项的有效系数. 同时在光缔合过程观察到了转动量子数 J 很高的分子转动结构, 这主要是由于在俘获光存在下光缔合过程中有高次分波介入的原因.     

利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子

随着超强脉冲激光技术的不断发鼹,利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子的研究,在激光惯性约束中的“快点火”,医学中的射线治疗和台式激光加速器等领域广泛应用．木文用二维粒子模拟方法研究了超强短波脉冲激光与平扳等离子体薄靶相互作用中产生的超热电子．以研究结果表明,在平板等离子体薄靶后表面所产生的超热电子,角分布较小,定向性好,能获得很高的能量。