磁光阱中冷原子的实验特性

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1、3磁光阱中冷原子的实验特性付军贤王义遒k北京大学电子学系北京tss{ztl摘要冷原子的获得对于原子物理的研究具有重要的意义o文章综述了激光冷却与囚禁原子技术发展以来对磁光阱中中性冷原子特性的研究进展o包括冷原子对光子的吸收与散射o冷原子之间的吸引与排斥导致的超冷碰撞与长程分子状态o冷原子的非线性特性等q关键词激光冷却与囚禁原子o超冷原子ΕΞΠΕΡΙΜΕΝΤΑΛΠΡΟΠΕΡΤΙΕΣΟΦΧΟΛΔΑΤΟΜΣΙΝΑΜΑΓΝΕΤΟΟΠΤΙΧΑΛΤΡΑΠƒ∏±2÷¬¤±•≠¬2±¬∏(ΔεπαρτμεντοφΕλεχτρονιχσ,ΠεκινγΥνιϖερσιτψ,Βειϕινγtss{

2、zt)Αβστραχτ׫¨¤··¤¬±°¨±·²©¦²¯§¤·²°¶«¤¶«¤§ªµ¨¤·¬±©¯∏¨±¦¨²±¤·²°¬¦³«¼¶¬¦¶q∞¬³¨µ¬°¨±·¤¯¶·∏§¬¨¶²±·«¨³µ²³¨µ·¬¨¶²©¦²¯§¤·²°¶¬±°¤ª±¨·²p²³·¬¦¤¯·µ¤³¶¶¬±¦¨·«¨§¨√¨¯²³°¨±·²©¯¤¶¨µ¦²²¯¬±ª¤±§±¨∏·µ¤¯¤·²°·µ¤³2³¬±ª·¨¦«±¬´∏¨¶¤µ¨µ¨√¬¨º¨§q׫¨¤¥¶²µ³·¬²±¤±§¶¦¤··¨µ¬±ª²©³«²·²±¶¬±¤¯¬ª«·©¬¨¯§o∏¯·µ¤¦²¯§¦²¯¯¬¶¬²±¶¤±§¯²±ª

3、pµ¤±ª¨°²¯¨¦∏¯¨¶·¤·¨¶§∏¨·²·«¨¤··µ¤¦·¬²±¤±§µ¨³∏¯¶¬²±¤°²±ª¦²¯§¤·²°¶o¤±§·«¨±²±¯¬±¨¤µ³µ²³¨µ·¬¨¶²©¦²¯§¤·²°¶¤µ¨¤¯¶²§¬¶¦∏¶¶¨§qΚεψωορδσ²³·¬¦¤¯¦²²¯¬±ª¤±§·µ¤³³¬±ªo¦²¯§¤·²°¶≈t 率的影响q以铯原子为例o当被冷却到xssΛ时t引言所对应的最可几速率为ux¦°r¶o进一步冷却到xΛ时最可几速率就只有u1x¦°r¶o这样的速率所对应在原子物理的研究中o为了进行某些物理量的的一级多普勒效应非常小o二级多普勒效应几乎可精确测量o往往要求被

4、研究的样品处于一种相对孤以忽略不计q对于以如此低速运动的原子o谱线的多立的状态o在这种状态下o外界的影响足够小甚至可普勒增宽与频移均小于自然线宽o这是其他原子样以忽略q对于物质的v种经典存在状态}气态!液态!品或者常规的测量方法所无法比拟的q固态o以气体状态存在的物质原子受外界影响最小o近十几年激光冷却与囚禁原子技术的发展,使可以近似地满足相对孤立的要求q室温下处于气体得人们可以借助于激光对原子的辐射压力减速原[u]状态原子的运动速度约每秒几百米到几千米k特别子,从而可以获得温度远远低于常规冷却方法得对于碱金属而言lo多普勒效应的影响使得原子光谱到的原子样品.利用激光的辐射压

5、力减速原子改变

6、存在ts½量级的谱线增宽和谱线频移o因此原子了原子系综的速度分布,由κΤ∂#/u(κ是玻所固有的许多特征由于这样大的谱线增宽与频移而尔兹曼常数,#是自然线宽,∂是普朗克常数)所决难于精确测量和观测q为了减小多普勒效应的影响o定的Τ习惯上称为多普勒冷却极限温度,对于碱人们发展了多种消多普勒光谱方法来研究原子的特金属原子而言,在几百个Λ的数量级.由κΤµ征o其中比较有效的手段包括饱和吸收光谱方法和(∂κ)u/uΜ所决定的Τ习惯上称为单光子反冲极µ双光子吸收光谱方法等q限温度,碱金属原子的单光子反冲极限温度在几个但是原子的运动速度决定了利用光谱研究原子Λ的数量级或更

7、低.温度低于t°的原子被称为特征的最终分辨率o同时渡越增宽o二级多普勒频3国家自然科学基金以及教育部高等学校博士点专项科研基金资移!波前畸变等因素也影响光谱的最终分辨率q降低助项目原子的运动速度可以减小这些因素对光谱最终分辨t

8、

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10、psvpuv收到初稿ot

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13、psxptz修回#txy#物理冷原子o习惯上把低于多普勒冷却极限温度的原子在利用磁光阱冷却与囚禁原子的过程中o由于称为超冷原子.将不同的冷却机理同时使用,可以将散射光子对原子有等效的加热作用o原子温度的进原子的温度降到更低的程度,实际上,对现在发展的理一步降低也受到限制q没有应用特殊技术的磁光阱o论而言,已经不存在利用

14、激光冷却原子的极限温度.冷却囚禁的原子温度只有几十Λ到几百Λ的量冷原子和超冷原子为人们开辟了研究原子特征级q应用光学粘团方法o原子的温度可以降低到低于≈zo{ 的崭新领域q一般磁光阱方法所得到的结果q对于实际的多能级原子o利用拉曼冷却或者速度选择的相干布居u利用磁光阱获得冷原子囚禁方法可以获得温度更低的冷原子q纯光学阱!静磁阱以及交变磁阱等是先于磁光尽管最初获得冷原子是利用激光减速原子束o阱被人们研究过的中性原子冷却装置o在很多领域然后通过光学粘团的方法将减速的原子束缚在光束也得到了应用o也是制备冷原子