浅谈光晶格中超冷原子的布洛赫振荡

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1、高等固体物理论文题目：浅谈光晶格中超冷原子的布洛赫振荡姓名：刘文晓学号：3113071011班级：硕3045班单位：理学院专业:光学2013年12月10日目录摘要1Abstract1引言21光子晶格21.1光子晶格的原理21.2一维、二维、三维光子晶格22布洛赫振荡52.1布洛赫振荡的理论描述52.2短程相互作用诱导的原子布洛赫振荡的退相干效应73光晶格中超冷原子的布洛赫振荡103.1原理103.2光晶格中超冷偶极玻色原子的布洛赫振荡124总结与展望18参考文献18浅谈光晶格中超冷原子的布洛赫振荡学生姓名：刘文晓学号

2、：3113071011学院：理学院专业：光学摘要：本文首先对光子晶格做简单的介绍，包括光子晶格的原理和分类。其次，本文将通过描述光子晶格的布洛赫振荡来主要讨论超冷原子在光晶格中布洛赫振荡。关键词：光晶格；冷原子；布洛赫振荡；偶极一偶极相互作用TheIntroductionofBlochoscillationofultra-coldatomstrappedinopticallatticeAbstract:Inthisarticle,firstlyweintroducetheconceptionofopticallatt

3、icesimply,includingtheprincipleandclassificationofopticallattice.Secondly,wedescribetheprincipleofblochoscillationinopticallattice,andthenmainlydiscussBlochoscillationofultra-coldatomstrappedinopticallattice.Keywords:opticallattice;ultra-coldatoms;Blochoscillat

4、ion;adipole-dipoleinteraction引言光晶格最早起源于对原子进行的偏振梯度冷却和亚光子反弹冷却实验。1993年，M.G.Prentiss首先提出了原子光学晶格的概念，随后，T.W.Hänsch和G.Grynberg等人对此展开了实验研究[1]。光晶格是利用交流Stark效应产生的，它有很多优点，例如，它是非常纯净的系统，而且具有很好的周期性，其晶格常数可以通过改变相干激光束的波长加以调节，其势讲深度可以通过改变相干激光束的强度来控制。基于这些优点，目前光晶格已被广泛应用于超冷原子的操控。在固体

5、晶格中，通常晶格中原子间的距离很短，原子间以及原子与晶格场间的相互作用很强；与之不同的是，光晶格中的原子与激光场间的相互作用较弱，原子间的距离也比固体晶格中的原子间距离大几百倍，这导致光晶格内原子动态特性的变化较固体晶格中的情形要慢的多，而原子在光晶格中的运动与电子在固体晶格场中的运动特征却很相似，因此，利用光晶格中的BEC对固体晶格系统进行模拟成为可能。利用它可以对固体晶格中一些不易观察的物理现象，如原子的布洛赫振荡、非线性朗道一基纳隧穿以及原子自囚禁和局域化等进行研究。本文将通过对光子晶格的布洛赫振荡描述，主要讨

6、论冷原子在光晶格中布洛赫振荡。1光子晶格1.1光子晶格的原理光晶格的形成是由于原子在激光场中受到两种力的作用:偶极力和散射力。光晶格和其它光阱(也称作偶极阱)的工作原理是交流Stark偏移，当一个原子放在一个光场中的时候，光场所产生的振荡电场会在原子内部产生一个电偶极矩。电场和偶极子之间的相互作用会使原子的能级移动(1)其中，表示原子能级在共振频率为的极化率，是光场的失谐。当光场的频率小于原子共振频率时，即(“红失谐”)，约化的偶极子与电场方向一致。此时就会在原子上产生一个指向光场增强方向的偶极力。当激光调到高于原子

7、共振频率时，即(“蓝失谐”)，此时力的方向指向光场最弱处。也就是说偶极力分别使原子处于光场最强或最弱的地方，从而把原子俘获在光晶格中[2]。散射力是与自发辐射有关的力，正比于散射率(自发辐射力)，因此也称自发辐射力。它的起因是位于激光束内的原子连续从激光束吸收光子并随后自发的向任意方向发射光子。原子吸收和自发辐射的净效应是使原子减速，因此自发辐射在冷却光学晶格中的原子时起了关键作用。散射的相对大小和光学力的偶极子成分都可以通过改变激光频率从实验上加以调整。事实上，许多人都是利用激光束的配置来产生光学晶格(没有光强变化

8、)的，而且仅仅是利用了偏振的梯度。因此，通过光束偏振的空间变化可以使原子和光相互作用强度随位置发生变化。1.2一维、二维、三维光晶格1.2.1一维光晶格一维光晶格可以由两束相向传播的、偏振方向相互平行的线偏振激光束或旋转方向相同的圆偏振光束干涉而形成。最简单的如图1所示。另外，也可以利用一束满足高斯分布的激光与它的反射光进行叠加干涉来产生一维光