磁光阱中铯冷原子碰撞损耗率的实验研究

摘要

汽室磁光阱的实现使得冷原子样品的制备更加简单而有效，磁光阱中的冷原子样品具有速度低、速度分布范围窄、原子密度较高等特点从而成为了多学科交叉的物理实验室，超低温物理、超低密度凝聚态物理、超低能碰撞物理、非线性与量子原子光学、量子信息处理、精密谱与量子频率标准等研究汇聚于此。
　　冷碰撞在化学物理，原子、分子和光物理，甚至凝聚态物理等交叉学科领域有着战略性的位置，研究超冷碰撞对于原子，分子特性参数的精确测量、碰撞产物的光操控、物质波干涉、稀薄气体的量子简并、原子弱相互作用都非常重要。
　　本文回顾了激光冷却和俘获原子的发展历史，扼要介绍了冷原子碰撞研究的意义和现状。详细探讨了磁光阱中存在的非弹性两体冷碰撞类型，对于辐射逃逸和精细结构交换碰撞两种碰撞损耗机制作了理论分析以及对于我们的铯原子汽室磁光阱实验装置进行了描述，在此基础上对铯冷原子的碰撞损耗率进行了实验研究，并得到了一些有实际意义的结论。
　　所完成的主要工作可概括为以下几个方面:
　　(1)、利用激光冷却和俘获技术成功获得了铯冷原子样品，采用饱和吸收光谱技术实现了冷却光和再泵浦光频率相对于铯冷原子冷却循环跃迁的频率锁定。
　　(2)、实验中采用荧光法测量了磁光阱中所俘获的铯冷原子数目约为1×107，同时测量了铯冷原子样品的直径约为0.8mm，从而得到磁光阱中铯冷原子的密度约为:4×1010cm-3
　　(3)、通过观测磁光阱在装载过程中冷原子云荧光强度的变化对铯冷原子的碰撞损耗率系数进行了测量，同时研究了铯冷原子碰撞损耗率系数对于实验参数，例如俘获光的功率，磁场线圈中的电流的依赖性，并用Gallagher-Pritchard理论模型对实验结果进行了分析。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 中性原子的激光冷却与俘获

1．2 冷原子碰撞研究的意义与现状

1．3 本论文的研究内容

第二章 冷原子两体碰撞的理论分析

2．1 非弹性冷碰撞的类型

2．1．1 基态原子非弹性碰撞

2．1．2 基态—激发态原子非弹性碰撞

2．1．3 其它非弹性碰撞

2．2 Gallagher-Prichard准静态理论模型

2．3 本章小结

第三章 磁光阱中铯冷原子密度的测量

3．1 铯原子

3．2 磁光阱

3．2．1 磁光阱冷却和俘获原子原理

3．2．2 铯原子汽室磁光阱

3．2．3 冷却光与再泵浦光的频率锁定

3．3 铯冷原子密度的测量

3．3．1 俘获的原子数目

3．3．2 冷原子样品的几何尺寸

3．4 本章小结

第四章 铯冷原子碰撞损耗率系数的测量

4．1 冷碰撞损耗率系数的观测方法

4．2 铯冷原子碰撞损耗率系数的测量

4．2．1 碰撞损耗率系数对俘获光功率的依赖关系

4．2．2 碰撞损耗率系数对磁场线圈电流的依赖关系

4．3 本章小结

第五章 总结和展望

参考文献

硕士研究生期间完成的论文

致谢

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