基于纳米光纤的铯原子塞曼频移率测量

论文摘要

用量子力学去解释光、物质及其相互作用为操控光和物质的量子态开辟了新的途径。它让我们对量子物理有了更广泛的理解,由量子规则所控制的更先进技术也逐渐呈现出来。操控光和物质的量子态是当代物理的一项挑战。各种技术正在被用来控制光与物质相互作用,包括冷原子物理,腔量子电动力学(腔QED),集体超辐射发射等。本文中我们使用了纳米光纤实现了对光场的修饰,使光场呈现一种特殊的分布。光学纳米纤维因束腰部分的直径在亚波长范围,具有高功率密度,超低的饱和光强等优点,因此在光学耦合器件,光学操控以及量子存储方面具有广泛的应用。光学纳米纤维对光场具有极强的束缚能力,在其表面会形成光学消逝场。人们利用这一特性观察到了纳米光纤的电磁诱导透明现象,双光子跃迁以及全光学调制等。本文主要利用了纳米光纤对光场的强束缚能力研究了光学纳米纤维上光与原子的相互作用,主要包含纳米光纤上铯原子的吸收饱和效应,铯原子塞曼频移的测量。基于纳米光纤高功率密度的优点,我们只需要纳瓦量级的光强就能保证实验的顺利进行,这是相对于利用空间光去研究光与原子相互作用的优势。本文的研究内容如下:1.通过火焰刷技术成功拉制了锥形纳米光纤,拉制完成以后,在电子显微镜下测量的直径是500多纳米,透过率高达99%,保障了实验的正常进行。2.搭建了满足实验需求的光路以及真空系统。本文第三章探究了纳米光纤上铯原子的吸收饱和特性,研究了影响铯原子吸收饱和特性的因素。第三章的研究为第四章纳米光纤上铯原子塞曼频移的测量实验做了铺垫。3.设计了纳米光纤的加热结构。实验过程中,要控制合适的光纤加热温度,温度不能太高,防止光纤热胀冷缩而断裂,也要保证光纤表面温度高于真空腔体温度,防止原子在光纤表面的积累。4.测试了不同的光强和温度下纳米光纤上铯原子的吸收饱和现象。我们利用纳米光纤测量了不同磁场下铯原子的塞曼频移率,利用锥形纳米光纤系统实现了纳瓦量级的测量。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 光学纳米纤维的研究背景
•   1.2 光学纳米纤维的结构和特性
•     1.2.1 光学纳米纤维的结构介绍
•     1.2.2 光学纳米纤维的光场分布特性
•   1.3 本文的研究内容
• 第二章 纳米光纤的制备
•   2.1 纳米光纤制备的原理
•   2.2 纳米光纤的制备过程
•     2.2.1 纳米光纤的制备方法
•     2.2.2 纳米光纤制备过程中透过率的变化
•     2.2.3 纳米光纤制备完成后尺寸的测量
•   2.3 光纤加热装置的设计
•     2.3.1 设计光纤加热装置的原因
•     2.3.2 光纤加热装置的设计
•   2.4 本章小结
• 第三章 铯原子的吸收饱和特性的研究
•   3.1 铯原子的特性与应用
•   3.2 铯原子吸收饱和的实验装置与实验光路
•     3.2.1 利用纳米光纤研究铯原子吸收饱和的意义
•     3.2.2 纳米光纤上铯原子吸收饱和的实验光路
•     3.2.3 纳米光纤上铯原子吸收饱和的装置图
•   3.3 不同条件下纳米光纤透过率的研究
•     3.3.1 不同条件下原子的吸收谱线
•     3.3.2 不同温度和光强下纳米光纤透过率的研究
•     3.3.3 不同原子密度下纳米光纤透过率的研究
•   3.4 本章小结
• 第四章 纳米光纤系统中铯原子塞曼频移率的测量
•   4.1 铯原子塞曼频移的理论基础
•   4.2 均匀磁场的产生
•   4.3 塞曼频移测量实验光路与装置
•     4.3.1 塞曼频移测量实验光路
•     4.3.2 塞曼频移测量实验装置
•   4.4 铯原子塞曼频移率测量结果与分析
•     4.4.1 铯原子的塞曼频移的测量
•     4.4.2 铯原子塞曼频移的结果分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 工作总结和展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 工作展望
•     5.2.1 使用纳米光纤实现弱光的频率锁定
•     5.2.2 纳米光纤磁力计
•     5.2.3 实现纳瓦光强的EIT
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简历及联系方式

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张传标

导师: 赵延霆

关键词: 纳米光纤,火焰刷技术,吸收饱和,塞曼频移

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 山西大学

分类号: O562;O431.2

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.001046

总页数: 60

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