外磁场对超冷铯原子光缔合共振频率偏移影响的研究

论文摘要

上世纪末,碱金属中性原子的玻色爱因斯坦凝聚（BEC）和费米气体量子简并（DFG）的相继实现,超冷原子物理成为物理学前沿的研究热点。超冷原子样品在各种各样的物理问题中扮演着重要的角色（包括精密测量、量子信息处理以及量子模拟等）。人们期待在超冷分子系统中也可以取得同样的成就,由于超冷分子在本质上与传统的分子有差异,能级结构复杂,偶极-偶极相互作用容易被调控,振转自由度丰富等一系列特性,超冷分子也展现了令人憧憬的前景。在光缔合理论提出不久后,超冷碱金属分子先后在实验上获得,很好地验证了光缔合理论。最重要的是,2008年美国实验天体物理联合研究所的叶军教授小组通过受激拉曼绝热转移实现了40K87Rb分子到振转基态,为基态分子的研究提供了新的思路。虽然科学家产生、俘获和操控超冷分子的目标是各式各样的,以及跨学科的,但是他们制备分子的途径基本是一致的,一般采用光缔合（photoassociation,PA）和Feshbach共振的方法。本文制备超冷铯分子的方法是光缔合（PA）,在此背景下,研究PA激光强度与光谱共振位置频移的线性规律。同时,结合单通道方势阱模型,理论解释了外磁场对超冷铯分子光谱共振位置频率移动影响的实验结果。主要的工作内容如下:一、将133Cs原子囚禁在磁光阱（MOT）中,随后,通过增加梯度磁场,降低泵浦光的功率,以及增大俘获光的失谐完成有效的压缩MOT,并利用光学粘团（optical molasses）将铯原子制备到超精细能级62S1/2,F=3态。通过拉曼激光作用的三维拉曼边带冷却的降温操作,铯原子获得更低的温度且位于62S1/2,|F=3,mF=3;v=0>上。二、两束红失谐的大功率激光结合梯度磁场和偏置磁场构成磁悬浮的光学偶极阱,将铯原子装载在光阱的中心,获得高品质超冷133Cs原子。这里,激光的功率为7 W,偏置磁场为75 G,梯度磁场为31.13 G/cm。此时铯原子云的密度变大,温度～3.5 μpK,数目～2.5×105。随后,选择钛宝石激光器输出的852 nm激光入射到光阱中心,利用光缔合（PA）的方法,将[F=3,mF=3;v=0>态的铯原子形成6S1/2+6P1/2离解限下的Ou+态铯分子,且振动能级为vD-v=190。三、改变光缔合激光强度,获得光谱共振位置频率移动与激光强度成线性关系。在不同的外磁场下,重复该实验过程,得到光缔合（PA）光谱的频移率依赖于外磁场。引入外磁场控制可调深度的单通道方势阱模型进行定量理论分析,研究外磁场影响原子在方势阱内的行为,进而影响铯原子的光缔合。实验上获得的铯原子光缔合（PA）光谱共振位置偏移率随外磁场的变化与理论解释结果符合得很好。

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 超冷原子光缔合制备超冷分子
•   1.3 Feshbach共振制备超冷分子
•   1.4 本文主要研究的内容
• 第二章 原子分子的基础理论
•   2.1 散射理论
•   2.2 光缔合技术制备超冷分子的基础理论
• 第三章 光阱中超冷铯原子的光缔合
•   3.1 铯原子的冷却与俘获
•     3.1.1 铯原子的物理性质及结构
•     3.1.2 铯原子的冷却与俘获
•   3.2 磁悬浮交叉光学偶极阱的装载
•     3.2.1 磁悬浮光学偶极阱的形成原理
•     3.2.2 交叉光学偶极阱的高效装载
•   3.3 光阱中超冷铯原子的光缔合
•     3.3.1 实验方法
•     3.3.2 光缔合光谱
• 第四章 外磁场操控下光缔合光谱共振能级的频移
•   4.1 光缔合光谱频移
•   4.2 外磁场对谱线频移率的影响
•   4.3 单通道方势阱理论解释
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间完成的科研成果
• 致谢
• 个人简况及联系方式

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李鹏伟

导师: 武寄洲

关键词: 超冷分子,光缔合,频率移动,激光强度,外磁场

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

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.001469

总页数: 67

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