绝热合成超冷23Na40K基态分子时的量子干涉

绝热合成超冷23Na40K基态分子时的量子干涉

论文摘要

超冷23Na40K基态分子是研究偶极气体相互作用、超冷化学反应过程、精密测量等方向的理想平台。本文记录了作者从2012年底加入超冷分子量子模拟实验室以来的有关工作。围绕实现超冷23Na40K基态分子这一目标,文章首先概括叙述了实验室的实验系统框架,并对其中磁场系统的设计、搭建过程与结果进行了全面的介绍;然后讲述与实验相关的原子物理理论,以及实验上从热原子合成超冷原子过程中所涉及到的实验技术;接下来介绍从超冷原子合成超冷分子所需要的分子理论知识和实验上成功合成超冷23Na40K基态分子中的关键步骤。在对实验过程进行了全面描述后,文章对Feshbach分子到基态分子的绝热态转移过程中遇到的尚未被报道的量子干涉现象进行了研究与讨论。受激拉曼绝热通道过程是合成超冷基态分子中广泛采用的技术手段,但当此过程中涉及到多个通道时合成的基态分子是否处于相干叠加态,以及合成基态分子的纯度等问题在之前并没有明确的结论。文章中通过设计实验证明了绝热分子态转移过程中如果涉及多个通道,那么得到的基态分子会处于叠加态而非混态,同时观察到叠加态分子具有较长的相干时间,另外分子数的振荡提供了判断分子纯度的简单依据。多通道时的量子干涉现象对受激拉曼绝热通道过程具有普适性,也对进一步研究超冷基态分子有所帮助。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •   1.1 分子结构与分子光谱
  •   1.2 超冷原子
  •   1.3 超冷分子
  • 23Na40K超冷分子的优势'>  1.423Na40K超冷分子的优势
  •   1.5 文章结构
  • 第2章 NaK实验系统
  •   2.1 总体实验系统
  •     2.1.1 总体布局
  •     2.1.2 真空系统
  •     2.1.3 光学系统
  •     2.1.4 射频、微波系统
  •     2.1.5 时序系统
  •   2.2 实验室的磁场系统
  •     2.2.1 总体布局
  •     2.2.2 线圈部分
  •     2.2.3 电缆部分
  •     2.2.4 电流源机柜部分
  •     2.2.5 磁场控制系统
  •     2.2.6 水冷系统
  •     2.2.7 安全保护系统
  •     2.2.8 其它
  • 第3章 从热原子到简并NaK原子混合气体
  •   3.1 实验相关的原子物理基础
  •     3.1.1 光学跃迁的极化方向与强度
  •     3.1.2 拉比振荡和Landau-Zener扫描
  •     3.1.3 原子的超精细结构和塞曼效应
  •     3.1.4 多普勒效应
  •     3.1.5 高斯光束与光偶极势
  •     3.1.6 三能级中的EIT效应、STIRAP过程和拉曼过程
  •   3.2 实验实现
  •     3.2.1 塞曼减速器(Zeeman Slower)
  •     3.2.2 暗点磁光阱(dark SPOT-MOT)和二维磁光阱(2D-MOT)
  •     3.2.3 光泵浦(Optical pumping)
  •     3.2.4 磁阱与蒸发冷却
  •     3.2.5 交叉偶极光阱(crossed dipole trap)
  •     3.2.6 任意态制备
  •     3.2.7 原子位置的磁场标定
  •     3.2.8 通过光学成像得到原子数目、温度和内态信息
  • 第4章 从近简并NaK混合气体到基态分子
  •   4.1 双原子分子理论简介
  •     4.1.1 原子内和原子间的相互作用和近似
  •     4.1.2 原子核的相互作用势
  •     4.1.3 角动量的分析和洪德规则(Hund's cases)
  •     4.1.4 Dunham展开和RKR方法
  •     4.1.5 NaK分子的势能曲线
  •     4.1.6 分子的超精细结构
  •     4.1.7 跃迁强度与FC系数
  •   4.2 Feshbach共振
  •     4.2.1 简介
  •     4.2.2 理论分析
  •     4.2.3 在Feshbach共振区域合成弱束缚分子
  •     4.2.4 Coupled-channel方法和Feshbach分子的自旋成分
  •     4.2.5 实验涉及到的NaK分子态总结
  •   4.3 从超冷原子到超冷分子的实验研究
  •     4.3.1 Feshbach损失谱的测量和对NaK势能曲线的修正
  •     4.3.2 射频合成Feshbach分子以及束缚能的标定
  •     4.3.3 拉曼过程合成Feshbach分子
  •     4.3.4 合成Feshbach分子时的实验条件和性质
  •     4.3.5 Feshbach分子损失谱和Feshbach分子到单重态基态分子的EIT谱
  •     4.3.6 STIRAP过程合成基态分子
  • 23Na40K分子过程中共振与失谐STIRAP之间的干涉'>第5章 绝热合成23Na40K分子过程中共振与失谐STIRAP之间的干涉
  •   5.1 STIRAP合成基态分子时的开放问题
  •   5.2 实验设计
  •   5.3 计算相对耦合强度的理论补充
  • 第6章 总结与展望
  • 参考文献
  • 附录A 实验流程图
  • 附录B 实验室的光路图
  • 致谢
  • 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
  • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 刘澜

    导师: 潘建伟,赵博

    关键词: 超冷原子,基态分子,受激拉曼绝热通道,量子干涉

    来源: 中国科学技术大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学

    单位: 中国科学技术大学

    分类号: O561.1

    DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000103

    总页数: 138

    文件大小: 12371K

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