基于铷原子双光子跃迁的原子谱线展宽机制教学演示

测量原子光谱是揭示微观粒子微观结构与运动规律的重要手段,因而从本科到研究生阶段都会涉及到相关领域的教学,特别是光谱的相关教学。然而,由多普勒效应等引起的非均匀展宽及原子碰撞等引起的均匀展宽极大限制了谱线的分辨精度。在科学技术的发展中,为了获得更高的分辨精度,消除原子谱线的展宽成为重点研究方向。而在相关教学方面,碱金属原子体系由于其优异的能级特性,成为了研究展宽机制的有效途径。而在目前的本科教学中,缺乏除对多普勒展宽以外的多种原子谱线展宽机制的演示。因此,本文利用铷原子5S_(1/2)→5P_(3/2)→5D_(5/2)双光子跃迁谱线,测量改变激光功率、原子池温度等条件下引起的原子谱线半宽变化,验证双光子跃迁的同时,重点演示了原子谱线展宽的机制以及谱线半宽的测量方法。通过本实验,本科生一方面可以掌握原子谱线展宽与双光子跃迁的相关知识,以更深刻地理解了理论知识的内涵,另一方面通过自主搭建实验仪器锻炼了本科生的动手能力,对提升物理专业本科学生的素养尤为重要。本文所展示的实验装置简单,易于搭建,适合课堂演示和实验教学。

双模压缩真空场与N型四能级原子双光子跃迁相互作用系统中光场的量子特性

精确求解了双模压缩真空场与Ｎ型四能级原子双光子跃迁相互作用系统的波函数，并讨论了系统中光场的压缩效应及光子的统计性质．数值计算结果表明，光场的两个正交分量的均方涨落均呈现周期性的压缩，其压缩程度与系统的初始状态有关；光场光子的统计性质也依赖于系统的初始状态，光场两模之间的相关是一种非经典相关．

强光场下非共振双光子跃迁相干控制

利用飞秒激光脉冲相位整形技术,从理论和实验两方面,对强激光场下分子体系苝溶液中非共振双光子跃迁的相干控制进行了研究。通过对飞秒激光脉冲进行π相位扫描和余弦相位调制,发现分子体系中非共振双光子的跃迁几率能够被削弱,但不能完全消除。分子体系中非共振双光子跃迁的相干控制受到激光光场的形状和分子吸收谱谱宽的影响;与原子体系相比,分子体系中非共振双光子跃迁相干控制的调制效率降低。

双光子跃迁上能级的选择

以微扰论证明，并以Na原子4D—4P—3S路径参量四波混频辐射的增益和实验结果证实，双光子跃迁中间虚能级越靠近实能级，跃迁几率越大，非线性光学效应越强．

关于双光子跃迁线型公式的讨论

对一些著作中给出的双光子跃迁线型的计算公式作了讨论，并指出其适用范围和使用条件。

NO分子X^2Π→A^2Σ双光子跃迁选择定则的讨论

利用共振增强多光子离化光谱技术 ,获得了NO分子A2 Σ(υ′=0 ,1)态的 2 + 2共振多光子离化光谱。通过对上述离化过程中NO分子所表现出的不同于普通双原子分子的双光子跃迁选择定则的分析与讨论 ,得出NO分子由基态向A2 Σ态的双光子跃迁遵循与碱金属原子双光子跃迁选择定则相类似的结论 ,并利用NO分子A2 Σ(υ′ =0 ,1)态的双光子荧光激发光谱对上述分析结论进行了进一步的确认。

Kerr介质中耦合双原子与压缩真空场双光子跃迁相互作用系统的光子统计演化

研究存在Kerr介质时,耦合双原子与单模压缩真空场双光子跃迁相互作用系统平均光子数的时间演化规律,讨论Kerr介质与光场的耦合强度和原子间偶极-偶极相互作用对平均光子数的影响.

Na原子双光子跃迁

本文讨论实现Na原子双光子跃迁的理论依据和实验技术。根据微扰论导得双光子跃迁几率与激光场强四次方成正比，分析了提高跃迁几率、增强非线性光学效应的措施，确定了Na原子采取近4D能级双光子共振实验方向，解决实验中的相位匹配问题，给出了部分实验结果。

整形啁啾脉冲作用下的双光子跃迁几率增强效应

基于二阶微扰理论,分析了整形啁啾脉冲作用于原子系统的双光子过程.研究了在远离共振和近共振两种情况下啁啾脉冲光场作用时双光子跃迁几率的演化规律.结果表明:远离共振时,利用整形光脉冲作用于原子系统,会使得某些频率对应处的跃迁几率消失,光可以无损耗通过介质;近共振时,选择最佳相位函数对脉冲整形,可获得最大的双光子跃迁几率.

双光子跃迁中动态Stark位移对量子信息保真度的影响

研究了相干态光场与原子的双光子相互作用中原子、光场和整个系统的量子信息保真度的时间演化,考察了光场引起能级的动态Stark位移对双光子过程中的量子信息保真度的影响.特别讨论了拉比振荡频率与光子数成线性关系的情况.结果表明,在拉比振荡频率线性化的情况下,量子信息保真度的演化表现出很好的周期性,周期与动态Stark位移参数有关.增强光强使保真度下降,失谐量的增加使保真度上升.

稳态Y型和Ladder型双光子跃迁的对比

在一个强耦合场和两个弱探测场相干驱动的四能级Y模型原子系统中实现双光子电磁感应透明.当耦合场与原子能级共振时,Y-型组态就可以等效成一个仅由两个弱的探测场驱动的四能级Ladder-型组态.Ladder模型原子的两个中间能级是精细结构能级(等效于Y模型中的坠饰能级).然而,当Y模型中的耦合场与原子能级之间有失谐时,则两个系统就不再等效.

双光子跃迁几率及居间态能区计算

从keldys模型出发,用量子场论推导出双光子跃迁几率,并用分子轨道理论对居间态能区进行了计算。

关于双光子跃迁的选择定则——对杨福家《原子物理学》书中图10.2的一个(讠主)释

本文对杨福家著《原子物理学》一书中图10.2给出了一个注释,给出了双光子跃迁的选择定则.

铷87原子双光子跃迁光谱稳频特性研究

铷87的双光子光谱具有高信噪比、无多普勒展宽、窄线宽等特点。构建了基于87Rb原子双光子跃迁的光学频率参考,分析测试了影响其短期稳定度的因素。利用778 nm外腔半导体激光器激发双光子跃迁产生420 nm荧光信号,通过荧光信号锁定激光器频率。探讨了谱线线宽、信噪比、功率、温度相关的谱线展宽、光频移、系统结构稳定性和调制宽度等对频移和稳定度的影响。采用螺栓锁紧结构固定光学元件,大幅改善了光学对准引起的稳频误差,通过直接调制激光器电流实现了秒级稳定度为1.5×10^(-12)、500 s稳定度为2.88×10^(-13)的光学频率参考。与其他基于饱和吸收的光学频率参考相比,构建的基于87Rb原子双光子跃迁的光学频率参考的稳定度提高了10~100倍。光学对准对于提高荧光探测信噪比和优化长期稳定度具有重要意义。验证了内调制实现双光子光学频率参考的可行性,并提出了进一步优化短期稳定度和长期稳定度可采用的技术方案。

利用铷原子双光子跃迁产生420nm蓝光的实验研究

本实验通过饱和吸收方法获得了铷原子5S_(1/2)→5 P_(3/2)单光子跃迁光谱,并进一步研究了铷原子5S_(1/2)→5 P_(3/2)→5 D_(5/2)的双光子跃迁光谱。使用780nm的控制光和776nm的信号光反向共线作用到铷泡中,通过探测6 P_(3/2)→5S_(1/2)自发辐射产生的420nm蓝光信号得到铷原子5S_(1/2)→5 P_(3/2)→5 D_(5/2)双光子跃迁光谱,利用法布里-珀罗干涉仪测量了^(87)Rb和^(85)Rb的5 D_(5/2)激发态超精细能级,详细研究了铷泡温度和776nm信号光功率对^(87)Rb 5S_(1/2)(F=2)→5 D_(5/2)双光子跃迁光谱的影响。该研究工作为基于原子分子精密光谱测量提供了实验基础。

分子双光子跃迁线型及其背景消除

本文就双光子跃迁造成终态集居的几个途径逐个加以剖析。指出随中间能级失谐量减小,特定速度的二组分子对线型的Lorentz峰值的贡献逐渐占主导地位。当光强较大时,这二组分子在终态的集居数趋于饱和,从而导致峰值比减小。文中用密度矩阵运动方程,从理论上证明了中间能级实际集居造成线型变异。最后尝试了消除双光子跃迁多普勒加宽背景的二个方法,提高了光谱分辨率,可望在分子高激发态研究中得以应用。

基于双光子光谱的光学频率标准

首先概述了双光子跃迁的基本原理,然后介绍了连续光和脉冲光激发双光子跃迁的光学频率标准在实验上的进展,考虑到目前双光子光学频率标准的短期稳定度主要受限于本振,因此发展高功率低频率噪声的激光器用于抑制散粒噪声和互调制噪声是提高双光子光学频率标准短期稳定度的最直接有效的办法。最后介绍了双光子光学频率标准在科学上和工程上的应用。基于双光子直接光梳光谱的氢原子能级间距的测量已经成为测量里德堡常数和质子电荷半径的重要实验技术之一,在量子电动力学的检验中发挥着重要作用。双光子光学频率标准和微腔光梳的结合也为光学原子钟的小型化和集成化提供了新的可能。

钠分子2~3∏_g←X^1∑_g~＋双光子跃迁的研究

通过比较园偏振和线偏振两种激发方式下，钠分子的等频双光子跃迁谱线的强度变化和２３Ⅱｇ→α３∑＋ｕ辐射谱的数值拟合计算，对２３Ⅱｇ←Ｘ１∑＋ｇ的双光子跃迁进行了标识．

双光子过程中原子和光场量子态保真度的演化

考虑了动态Stark移位,通过计算双光子过程中压缩相干态的保真度,讨论了双光子J-C模型中能级的动态Stark移位和光场的压缩因子对量子态保真度的影响。研究表明:保真度的演化呈现明显的量子崩塌-复苏振荡。当考虑动态Stark移位时,通过比较可以明显看出,在量子信息的处理和传递过程中,原子、场和系统的保真度明显好于不考虑动态Stark移位的情形。初始场强调制了原子、场和系统保真度演化的量子崩塌复苏周期,使场保真度演化中的振荡脉冲变窄。同时,压缩因子影响着体系中原子和场之间的能量交换。

Kerr介质和原子间相互作用对双光子T-C模型中原子偶极压缩的影响

研究了存在Kerr介质时,耦合双原子与单模光场双光子跃迁相互作用系统原子偶极压缩的时间演化规律,讨论了Kerr介质与光场的耦合强度和原子间偶极-偶极相互作用对原子偶极压缩的影响.