钠荧光多普勒激光雷达测量中间层顶区域大气温度

建立了一套钠荧光多普勒激光雷达系统用于测量中高层大气环境参量. 钠荧光多普勒激光雷达系统主要包括发射系统、接收系统、数据采集控制和数据处理系统等. 该激光雷达主要使用窄线宽的589 nm激光去激发中间层顶区域的钠原子, 钠原子受激后发射共振荧光; 接收采集钠原子共振荧光, 通过分析其多普勒展宽获得中间层顶区域(约75~105 km)的大气温度. 利用该激光雷达系统开展了观测实验, 成功获得了中间层顶区域钠原子数密度廓线和大气温度廓线; 将钠荧光多普勒激光雷达测量结果与TIMED/SABER温度测量结果进行比较, 结果显示两者非常一致, 说明了该激光雷达探测结果具有可靠性.     

极化原子束磁偏转法浓缩Eu同位素

极化原子束有许多重要应用,如用来研究原子散射过程,制备极化核,研究表面特性,检验宇称不守恒,浓缩同位素等等.但是,现有的工作都局限于碱金属原子,而多电子原子极化束制备和应用研究尚未见报道.我们在Li和Rb原子束极化和同位素浓缩的基础上,最近用一台连续波染料激光抽运,制备出部分极化的稀土Eu原子束;利用其磁偏转效应,观察到Eu的两种同位素的浓缩效果.     

利用“交流斯塔克效应”实现激光冷却气体原子

激光冷却和捕陷气体原于是激光光谱学中极为重要的新课题。本文提出利用光频移效应实现激光辐射冷却气体原子的建议。光照射原子可引起能级移动,这个现象称为光频移效应或交流斯塔克效应。实验证明,在激光照射下,光频移可达数千兆赫芝,并且能级移动是准瞬时的。用一个具有三能级系统的原子为例来说明这个建议。用一个强脉冲激光照射原子,激光频率ν_((?)2)接近两激发态的共振频率。在激光场的作用下中间能级将向下移动△E_(?),从微扰理论给出能级的移动为:     

“原子激光器”初次登台亮相——玻色凝聚滴在原子阱内外场呈相干性

据Physics Today报道,美国麻省理工学院的W.凯特勒与他的合作者最近演示了“原子激光”实验他们在磁性原子阱内通过蒸发冷却把其中的钠原子云极度降温,使之成为玻色-爱因斯坦凝聚滴(BEC).     

超强激光场中分子波包的演化

强激光与物质的相互作用已成为物理研究中一个极为活跃的领域.在激光场强接近原子单位场强时,会出现许多非线性的物理现象.近几年来,分子与强激光场的相互作用研究也极为活跃,研究的主要目的在于探索激光强度在控制化学反应动力学方面的作用以及利用强激光场离解分子来研究分子激发态波包结构,与原子情形相似,强激光场中的分子行为也表现出一系列的非线性效应,如阈上离解、“库仑爆炸”和分子稳定化等.     

新型聚苯胺团簇的飞秒非线性吸收

发展新型的光子开关在光计算和光通讯领域里具有重要的意义.团簇——作为空间尺度,是零点几到几十纳米的原子或分子的微观和亚微观聚集体显示出与通常固体材料不同的电子和光学性质.目前,无机纳米材料大的三阶非线性光学效应已引起了国内外的重视,深入的研究可望将团簇开发成一类具有特殊性能的非线性光学材料.本文报道一种嵌埋于有机玻璃(PMMA)中的聚苯胺(PAn)团簇的飞秒非线性光学特性.采用飞秒瞬态吸收激光光谱技术分别测量了近共振和非共振条件下的PAn团簇的光激发和弛豫过程,测量结果显示出PAn团簇的量子尺寸效应导致了其具有比纯聚苯胺固体薄膜更快的光学响应过程.     

激光自倍频Cr:KTP晶体的研究

早在本世纪60年代末,人们就提出了激光自倍频晶体的设想.1979年Dmitriev等人首次研制成功激光自倍频Nd:LN晶体,并在实验室内观察到激光自倍频现象.1981年Dorozhkin等人发表了NYAB晶体从1.32μm到0.66μm激光自倍频效应.1990年Chou等人首次简要地报道了第三个激光自倍频Cr:KTP晶体研究的信息,在此以前,我们实验室已开始了对Cr:KTP晶体生长的研究.     

γ 射线激光

评估了实现γ射线激光的几种可能途径.指出目前条件下按自由电子激光原理用周期弯曲晶体沟道内摆动正电子的诱致辐射形成γ射线激光的途径已是现实可行的,应不失时机地开展理论和实验研究.     

测量超紫外线阿秒脉冲时间结构的光电子能谱非线性比例变换方程方法

为了研究化学反应、原子分子发光等超快速过程中电子态的时间演化过程,需要能量越来越高、脉冲时间宽度越来越短、单色性越来越好的光脉冲作为激发和探测手段.但是,如何快速、精确地测量这些光脉冲具体细致的时间结构,一直是科学界的一个挑战.在过去的十多年时间里,人们在测量超紫外线阿秒脉冲方面作出了巨大的努力,取得了显著的成果.迄今为止,已经发展出了几种测量阿秒脉冲时间宽度和重建脉冲形状的方法,如阿秒光谱相位干涉直接电场重建法(SPIDER)和阿秒频率分辨光学快门法(FROG).然而,这些方法都是从传统的光学测量方法演变而来的,不仅需要当代最先进的实验装置,而且需要十分复杂的分析计算方法和实验数据拟合过程.为了推动阿秒计量学的发展,进一步开展阿秒测量、脉冲时域定位(定时)、实验数据评估、探测器刻度,以及对阿秒脉冲光源进行改进、优化和应用,我们提出一种直接、快速、精确的基于光电子能谱变换方程的解析方法,利用激光辅助超紫外线气体电离技术,精确地观测超紫外线阿秒脉冲.新方法利用参数化的计算公式确定每个测量得到的光电子的相关激光相位,利用解析性的光电子能谱解谱技术,一步重建脉冲的形状和具体的时间结构.新方法不需要大量的光电子能谱的时间分辨测量,也不需要冗长的迭代计算和实验数据拟合过程,能从每个测量得到的光电子能谱重建出超紫外线脉冲的时域特性.用参数化公式从脉冲的能量带宽值计算得到脉冲重建结果的时间不确定性(即时间误差).由于变换方程建立了超紫外线脉冲时间特性、重要的激光参数(峰值强度、电场包络形状、相位、载波-包络相位等)、原子或分子的电离能,以及光电子能谱之间的直接联系,可以用它从各个已知参数值计算出未知的参量.通过观测、分析某些参数和特定谱项的变化规律,可以研究超快速反应动力学过程中随时间变化的相关信息.     

亚赫兹线宽稳频激光技术

激光已广泛应用于精密光谱与精密测量中,激光的频率稳定度与光谱纯度决定了测量的精度与光谱的分辨率,因此不断提高激光频率的稳定度和减小激光线宽是精密光谱和精密测量研究领域永远追求的目标。文章介绍了亚赫兹线宽稳频激光的原理与一些关键技术,并展望了未来发展趋势。     

反常原子

随着粒子物理学、激光光谱学与基于加速器的原子物理学的发展,在实验上已相继发现了里德伯原子、电子偶素与μ子素、μ子原子与强子原子,以及最近才产生的反氢原子等一系列的反常原子.通过对这些反常原子的理论与实验研究,极大地丰富了人类的知识宝库.本文综述了这些反常原子的产生(或发现)过程,它们所具有的独特性质、应用及其在科学上的重大意义.     

激光加速质子束肿瘤治疗研究现状与展望

质子放射治疗是现代癌症治疗的重要手段之一,由于其精确的靶区剂量递送和良好疗效而得到了广泛的关注.基于高功率激光器的激光质子加速技术有望通过小型化和低复杂度等优势为质子治疗提供具有竞争力的加速方案.同时,激光质子束还具有宽能谱、超高瞬态流强和超短脉冲等特点,为探究超高剂量率放疗导致的生物学效应及可能的优势提供了有利的研究条件.在过去的数年里,我们借助北京大学紧凑型激光等离子体加速器以及在建的北京激光加速创新中心实验平台,陆续开展了涵盖激光质子加速、束流传输控制、辐射生物学和免疫学等方面的理论与实验研究,以探讨激光质子放疗的可行性与优势.本文从这些方面对国内外前沿研究进行了总结,并着重探讨了剂量递送与生物学效应方面的研究进展和面临的问题,最后对激光质子放疗的未来发展前景进行了讨论和展望.     

固态单量子二能级系统的动态共振荧光

<正>共振荧光源自单个二能级系统与共振激光之间的相干相互作用,对量子光学的学科发展和现代光量子技术的应用开发起到了重要的作用. Mollow^[1]在1969年首先对原子的共振荧光现象作了描述, Kimble和Mandel^[2]在1976年给出了单原子共振荧光的全量子理论,开启了对单量子系统共振荧光相关物理效应的理论与实验研究,     

高价离子的产生——光发射电子碰撞电离

使用延时脉冲电场技术 ,在TOF_MS上研究激光_金属_电场相互作用时产生惰性气体高价离子 .设计了一个能量及延时时间可调的光电子发生器 ,把光电离过程和光电子碰撞电离过程彻底分离开 .根据实验结果 ,提出高价离子是由光发射电子逐次碰撞电离产生的 .利用这种离化区 ,可以同时研究多光子电离过程及光发射电子碰撞电离过程 .     

主动光钟的研究进展

主动光钟是一种在腔反馈条件下以工作于原子跃迁谱线的光频受激辐射直接作为量子频率标准的新型原子光钟,有望将传统光钟稳定度提高2个量级,从而推动光钟的技术进步,应用更趋广泛.本文简述了光钟的发展历程及目前的关键技术瓶颈;介绍了主动光钟的基本原理;讨论了主动光钟的几种实验方案,包括坏腔二能级、三能级激光型主动光钟、四能级主动光钟和法拉第主动光钟等方案,详细分析了这些方案的实验原理和结果;除了介绍基于铯原子气室的法拉第原子滤光器实现主动光钟的实验研究结果,同时还简单描述了用魔术晶格囚禁冷锶原子实现基于689 nm超窄法拉第原子滤光器的主动光钟方案,以及工作于好腔条件下的法拉第光钟.最后,将这几种方案进行了综合分析与对比,展望了主动光钟进一步发展的前景和潜在应用.     

CdH_2范德华分子的CASSCF/SOCI研究

现代动力学的一个重要目的是在态-态水平上描述化学反应和能量转移过程。近几年发展起来的半碰撞实验技术,是在金属原子和试剂形成基态范德华分子的基础上,用选择性激光激发金属原子至各电子态,进而进行态-态水平上各种化学反应的研究,虽然Cd原子与H_2的全碰撞研究有不少报道,但其半碰撞研究还未见报道,本文对CdH_2范德华分子进行计算,以便对其半碰撞过程作出预测。     

激光场的物理现象

激光独特的性质使其在许多科学和技术领域得到大量的应用。激光与各种介质作用的物理过程,如早期激光与单原子和分子的作用,乃至近年来开展的与超密等离子体的作用无不基于这些性质。本文所讨论的问题就是发生在激光作用场的一些有趣和不寻常的物理现象,并且集中在高激光能流密度下发生的过程。除了从实验上讨论这些现象而外,文中还描述一些至今尚未被实验所验证,而从理论上预言的一系列效应,其中一些至今还是科学的幻想,也许还要好久才能成为现实。激光束的热力学特性已知利用光学系统聚焦普通光束不可能把物体加热到作为热发射源的温度,但是把激光束聚焦在固体表面可以达到几千万度的等离子体温度,此时振荡的激光工作物质还相当“冷”,例如在大多数获得超高温实验所采用的铷玻璃激光介质本身的温度只有几十度。因为在激光介质中光子与介质不是处于热平衡状态,这就使介质的温度与光化气体的有效“温度”之间存在很大的差别。     

玻色-爱因斯坦凝聚的今天和明天

碱金属原子气的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)是一种全新的物质状态.本文综述BEC产生的方法以及其中的量子物理现象,如干涉条纹、原子激光、约瑟夫森效应和涡旋态等.同时讨论超冷费米原子气等相关问题,并展望BEC的应用前景.     

基于Cole-Cole模型的水下主动电场定位系统有限元模拟

水下主动电场定位方法是一种模拟弱电鱼水下主动电场定位器官的新型水下终端导航定位方法.水下主动电场定位系统的幅值频率特性(amplitude information-frequency characteristics)存在探索死区(DFDZ)和转折频率点(FIP)现象,基于传统理想电磁场理论的水下主动电场定位系统模型无法模拟出上述现象.为从理论上解释和模拟出主动电场定位系统的DFDZ和FIP现象,受勘探地球物理的启发,猜想该现象与被测物体和周围溶液之间的界面上产生激发极化效应相关;为验证猜想的正确性,采用最为广泛使用的激发极化效应模型——Cole-Cole模型来模拟激发极化效应,并在此基础上建立了基于Cole-Cole模型与理想电场模型耦合的有限元模型对主动电场定位系统的幅值频率特性进行模拟计算.计算结果表明:(1)该模型能够有效模拟出水下主动电场定位系统转折频率现象并与实验结果相吻合;(2)证实了采用激发极化效应来解释水下主动电场定位过程中存在的频率转折现象的合理性.该模型的建立有助于深入理解主动电场定位物理机制,并对主动电场定位系统的工程设计具有指导作用.     

交叉电、磁场中铯原子里德伯态结构的初步实验研究

里德伯态原子外场特性由于其重要的学术价值和应用前景,多年来一直是原子物理研究的前沿.目前这一研究的重心逐步转移到外电场和外磁场同时作用(联合场)的情况.尤其是当电场和磁场相互垂直交叉时,原子作用势的对称性遭到严重破坏,使问题更趋复杂.已有的理论研究指出,在交叉场中有可能出现“双势阱原子”,即价电子被囚禁于离核很远的另一势阱中的一种特殊原子,这就更增加了对这一问题研究的兴趣.然而,交叉场问题虽已有