外场作用下超冷铯原子光缔合实验研究

论文摘要

将分子冷却到一个极低的温度,为研究分子丰富的振转能级结构、分子反应动力学和分子间的长程相互作用奠定了基础。近年来,超冷分子已经被广泛的应用于量子精密测量,量子化学,量子计算和量子模拟等许多物理前沿问题的研究,引起了相关领域学者的广泛关注。因此,如何高效制备超冷分子样品成为一个关键的问题。目前,制备超冷分子最主要的方法是基于超冷原子样品的光缔合和Feshbach共振。为了提高超冷分子的产率和制备基态的超冷分子,人们在这两种技术的基础上提出了许多理论和实验方案。把这两种技术结合起来,在Feshbach共振附近研究超冷原子的光缔合,是当前研究的热点问题。进而发展出利用光缔合来操控磁Feshbach共振,利用磁Feshbach共振来优化光缔合的技术路线。本文主要围绕外场作用下超冷铯原子光缔合的实验研究进行展开,首先在高真空环境中制备出温度为μK量级的超冷铯原子样品,再将原子装载到悬浮的光学偶极阱中,通过光缔合技术制备出超冷铯分子,利用吸收成像法获得了共振磁场(d波Feshbach共振附近),以及非共振磁场操控下的俘获损耗光缔合光谱,并对其做了系统的研究。主要工作如下:1.在磁光阱中俘获超冷铯原子,原子的温度在百μK量级,之后通过压缩磁光阱技术提高原子样品密度,并利用光学粘团技术对原子进行预冷却,温度可以降到39μK左右。最后将原子装载到三维的拉曼光晶格中,利用拉曼边带冷却技术将原子的温度降到~1.7μK,并将原子制备到F=3,m_F=3态。针对实验中激光频率的锁定,我们发展了一种基于Labview PID子VI和电脑声卡的锁频技术,通过波长计读取激光频率并传输给Labview程序,将激光器锁定在不跳模范围内的任意频率上。2.为了利用磁场和光场操控超冷铯原子间的相互作用,我们将原子装载到光学偶极阱中。此时原子的重力是不可忽略的,在竖直方向上形成一个破坏势。为了抵消原子的重力,分别对磁悬浮技术和光悬浮技术展开了研究。同时为了提高原子的相空间密度,我们搭建了Dimple光阱,研究了梯度磁场和偏置磁场下原子在光阱中的装载。3.对非共振磁场下超冷原子的光缔合进行了研究。在一个大的磁场范围内避开Feshbach共振位置,这样散射长度就随磁场均匀的变化。通过调节碰撞原子对的密度,改变了超冷原子形成超冷分子的光缔合率。我们利用单通道方势阱模型,以散射长度为控制参数,从理论上模拟了实验结果。4.我们测量了d波Feshbach共振附近的光缔合光谱,发现了非对称线型,从而证实了Fano效应,并且观测到了外部磁场对超冷原子分子耦合系统中Fano线型最大值和最小值的增强和抑制。与其他物理系统中观测到的标准的Fano共振相比,我们的实验结果里出现了一个非常明显的小峰。为了解释这一实验结果,我们发展了一种耦合的双Fano共振模型。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
•   1.1 超冷分子的研究进展
•   1.2 光缔合制备超冷分子
•   1.3 Feshbach共振制备超冷分子
•     1.3.1 超冷原子的Feshbach共振
•     1.3.2 Feshbach分子的制备
•   1.4 外场操控超冷原子光缔合的研究意义和进展
•   1.5 本文主要研究内容
•   参考文献
• 第二章 超冷分子的相关基础理论
•   2.1 超冷原子光缔合基本理论
•     2.1.1 单色光缔合线型公式
•     2.1.2 双色光缔合线型公式
•   2.2 Feshbach共振基本理论
•     2.2.1 基本的碰撞物理
•     2.2.2 基本的分子物理
•     2.2.3 相关共振散射模型
•   参考文献
• 第三章 超冷铯原子的密集制备
•   3.1 铯原子磁光阱
•     3.1.1 激光冷却原子的基本原理
•     3.1.2 铯原子能级结构
•     3.1.3 磁光阱
•   3.2 压缩磁光阱和光学粘团技术
•     3.2.1 压缩磁光阱
•     3.2.2 光学粘团技术
•   3.3 简并拉曼边带冷却技术
•     3.3.1 三维光晶格装载超冷铯原子
•     3.3.2 简并拉曼边带冷却
•   3.4 磁悬浮偶极阱装载超冷铯原子
•     3.4.1 光学偶极阱基本内容
•     3.4.2 磁悬浮偶极阱
•   3.5 光悬浮偶极阱装载超冷铯原子
•     3.5.1 光悬浮理论模型
•     3.5.2 实验方法与讨论
•     3.5.3 小结
•   3.6 Dimple阱装载超冷铯原子
•     3.6.1 Dimple阱装载方案
•     3.6.2 Dimple阱理论模型
•     3.6.3 梯度磁场和偏置磁场下的Dimple阱装载研究
•     3.6.4 小结
•   3.7 基于Labview PID VI和声卡的频率锁定
•     3.7.1 锁频方法
•     3.7.2 锁频结果
•     3.7.3 小结
•   参考文献
• 第四章 非共振磁场下超冷原子光缔合研究
•   4.1 非共振磁场下超冷铯原子光缔合
•     4.1.1 实验方案
•     4.1.2 非共振磁场下光缔合
•   4.2 单通道方势阱模型
•   4.3 小结
•   参考文献
• 第五章 超冷原子分子耦合系统中Fano效应研究
•   5.1 Fano效应
•   5.2 Fano效应实验研究
•     5.2.1 实验方案
•     5.2.2 利用光缔合光谱观察Fano效应
•     5.2.3 超冷原子光缔合的光致频移
•   5.3 对实验结果的理论分析
•   5.4 小结
•   参考文献
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 未来工作展望
• 攻读学位期间完成的学术论文
• 攻读学位期间参与的项目
• 博士研究生期间获奖情况
• 致谢
• 个人简况及联系方式

文章来源

类型: 博士论文

作者: 冯国胜

导师: 马杰

关键词: 超冷分子,光缔合,光缔合光谱,共振,非共振磁场

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 山西大学

分类号: O562

总页数: 130

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