原子冷却技术在地学中的应用前景展望

1.冷却原子技术简介 '激光冷却原子'技术是美国斯坦福大学教授,美籍华人朱棣文教授的科研成果。朱棣文教授因开发出'激光冷却原子'的技术而获1997年诺贝尔物理学奖。激光冷却原子就是用激光照射的方法使原子冷却下来以大幅度减慢原子的运动速度。乍看起来似乎是不可能的。

光镊阵列成功操控单个多原子分子

精确控制单个多原子分子有望为诸多领域带来巨大突破。然而,实现这一点的关键挑战在于如何完全控制分子的内部量子态和运动自由度。在一项最新研究中,美国哈佛大学物理学家首次成功将单个多原子分子捕获在光镊阵列内,并以超过90%的保真度直接且无损地对光镊阵列中单个分子成像。相关论文发表于新一期《自然》杂志上。将原子冷却到极低温度可以控制它们的能量状态,可催生并促进原子钟等技术发展。物理学家猜测,对分子实施同样操作可能会产生类似结果。但事实证明,由于旋转和振动等额外因素,对分子进行同样控制面临极大挑战。

单原子冷却及光学操控的实验进展

文章综述了基于原子冷却与俘获的单原子制备及其光学操控的基本实验原理及实验进展,并介绍了单原子制备及光学操控在量子寄存器、单光子源、原子-光子纠缠等方面的应用,简述了文章作者所在研究小组在单原子制备和光学操控方面的实验进展.

基于量子理论方法的原子激光冷却机理分析

应用含保守系统和非保守系统的薛定谔方程分析了激光冷却机制,用该理论证明了原子在激光场中被冷却.并预言了原子冷却温度与原子振动频率成正比,该结论与最近在Nature发表的实验结果完全一致.

中国激光冷却原子史的新解读 基于档案、手稿等新史料

激光冷却原子是20世纪70年代国际原子物理界出现的一个新兴研究领域。中国科学家王育竹率先认识到冷原子物理具有革命性的研究前景,提出利用光频移效应实现激光冷却气体原子等新机制,并在20世纪80年代开展了一系列具有开拓性的实验工作。根据中国科学院上海光学精密机械研究所的档案、王育竹科研手稿等原始资料等,试重新解读中国激光冷却原子史,王育竹研究团队较早观察到了低于多普勒极限的新物理现象,但在后续实验验证工作的系统性、新理论框架的搭建上尚与斯坦福大学等研究团队存在差距。诺贝尔奖是各类条件下的综合性产物,以诺奖作为唯一评判标准忽视了在中国情境下科学研究的特殊性,新的科学评价标准需建立在长时段、综合性体系之上。

组合光场增强压缩真空场中原子冷却作用

研究了行波和驻波构成的组合光场对压缩真空场中原子冷却的增强作用,发现作用于原子的辐射力具有很强的相敏性;附加适量的行波场,可使原子冷却温度比纯驻波场情况降得更低,甚至可低于多普勒温度极限以下两个数量级.

一种激光移频方法在原子冷却技术中的应用

激光冷却原子技术已在精密测量领域获得广泛应用,偏振梯度冷却技术是获得超冷原子的常用方法。偏振梯度冷却需要大范围减小冷却光频率,传统方案是用声光移频器的衍射光作为冷却光,通过改变声光移频器的移频量改变冷却光频率,但声光晶体移频带宽较窄,该方法冷却光频率移动不能充分进行,这严重限制了原子冷却的效果。介绍了一种可大范围改变冷却光频率的方法,该方法通过改变激光器输出频率来实现冷却光频率的改变,频率调谐范围可达120MHz。该方法可获得更低温度和更多数目的原子源,满足高精度冷原子物质波干涉测量的需求。

原子在圆锥形激光势阱中冷却效应的研究

本文讨论了在消逝波光场作用下，三能级原子在圆锥形光学势阱中的Ｓｉｓｙｐｈｕｓ 冷却和几何冷却机制，并通过 Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法分别模拟了原子在不同形状（角度）的圆锥形 势阱和不同消逝波判断宽度下的冷却过程．结果表明，圆锥形角度越大，冷却原子的效果越好； 而消逝波的判断宽度不够宽时，模拟结果偏高．在其他条件相同的情况下，适当增大圆锥形势阱 的角度，能使原子达到更低的温度和更高的密度，因而在原子光学应用中更为有利。

利用三维光晶格技术实现铯原子冷却的实验研究

激光冷却原子是超冷原子分子物理实验的基础,在精密测量、量子模拟等研究中具有重要的意义.为了获得温度更低,密度更高的超冷铯原子样品作为制备超冷基态铯分子的起点,本文实验展示了一种利用三维光晶格装载实现超冷铯原子温度进一步降低的方法,有效克服了磁光阱中超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题.在标准的磁光阱系统中获得超冷铯原子的基础上,利用压缩磁光阱技术提高超冷铯原子的密度.通过四束激光构建三维光晶格,实现超冷铯原子的高效装载,采用飞行时间法测量了原子的温度,观察到温度由~6 0.0μK降低至~1 1.6μK的冷却结果.同时研究了光晶格激光的频率与原子装载数目的关系,发现在负失谐1 5.5GHz时光晶格装载效率最高.同时,本文研究了利用光晶格减小超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题,对于进一步降低铯原子温度的研究具有深远的意义.

基于三角形衍射光栅的原子冷却囚禁实验研究

基于三角形衍射光栅搭建的三维磁光阱实现了87Rb原子的冷却囚禁,自主完成了三角形衍射光栅的设计制备,在保证合理衍射效率及衍射圆偏度的情况下有效抑制了零级光效率,其参数满足光学粘胶平衡条件。基于该光栅搭建了一套磁光阱系统,开展原子囚禁实验。在合理的参数设置下,成功实现了原子囚禁,经测算囚禁原子数量在106量级。基于三角形衍射光栅的原子冷却囚禁实验的成功,对于三维磁光阱的低功耗、小型化具有参考意义,有望应用于小型化冷原子精密测量系统中。

振幅相位调制驻波光场中冷却原子的动力学局域

分析了二能级原子在振幅相位调制驻波场作用下动量扩散模型 ,这是一个双频参数激励的非线性量子单摆模型。这个系统在经典极限下表现混沌行为 ,在相同参数条件下 ,这个系统具有动力学局域特征 ,具有两个不可约频率扰动的系统的局域长度要比单个频率扰动时大得多。

NIM铯原子喷泉实现MOT-OM原子云并冷却到10μK

报道了中国计量科学研究院 (NIM)研制新一代“激光冷却 铯原子喷泉”国家时间频率基准装置的进展。实现了铯 (Cs)原子从磁光阱 (MOT)过渡到光学阻尼 (OM)的装载 冷却 ,利用飞行时间法记录到信噪比优于 40的原子云荧光信号 ;原子经后冷却达到 (10～ 15 ) μK ;用OM从铯蒸气直接获得了冷原子云。

用原子冷却产生创记录的低温

用原子冷却产生创记录的低温为了测量创记录的低温，两个新实验已用激光冷却作为测量的手段。去年，美国标准技术研究院的Ｗ．Ｄ．１１ｈｉｌｌ。ＰＳ等人已把销原子冷却到７００ｕｋ［‘ｊ。然而，他们的结果已暗然失色，实验天体物理联合研究所的Ｅ．Ｃｏｒｎｅｌ和一个...

量子方法研究原子激光冷却

我们应用含保守系统和非保守系统的薛定谔方程研究激光冷却机制,用该理论可以证明原子在激光场中被冷却。同时,还预言了原子冷却温度T与原子振动频率ω成正比,该结论与最近的实验结果完全一致。

激光冷却原子

爱因斯坦认为,光是由光子组成的,光子是场的粒子,光子像实物粒子一样,也具有一定的动量p=E/c=hv/c=mc2/c=mc,因为光的速度很大c=3×108m/s,所以光子的运动质量就很小了.光子的动量如此之小,以致于我们在日常生活中几乎感觉不出它来.但是,对一个质量很小的原子来说,当它和光子相互作用时,光子动量就会引起原子的速度有可观的变化.

反谐振空芯光纤冷原子导引

利用852 nm导引光产生的偶极势阱将经激光冷却的87Rb冷原子团装载并导引进入反谐振空芯光纤中。提出了空芯光纤内原子系综的光学深度理论模型,利用该模型对光学深度透射谱进行拟合获得谐振光学深度。在此基础上利用飞行时间法估算空芯光纤内原子团的径向温度和原子数目等参数。系统性地实验研究了偶极势阱深度、原子团初始温度、原子团初始空间位置等条件对导引结果的影响,确定了空芯光纤导引冷原子团实验的参数优化方向,为基于空芯光纤的冷原子干涉仪技术奠定了基础。

用于锶原子光钟永磁体塞曼减速器设计

研究用于锶原子光钟的永磁体塞曼减速器,根据实验条件计算88Sr原子束塞曼减速器的磁场分布,将起始速度为410 m/s的锶原子减速至50 m/s,经过横向磁场的原子通量为7.9×105。基于永磁体制作的塞曼减速器,可靠性高、体积小、重量轻,磁场分布可调,而且无需高电流和水冷装置,实现了永磁体塞曼减速器的小型化。

用于铯原子磁光阱的超高真空系统

立足于国产材料、真空设备和技术，设计、建立了一套用于铯原子磁光阱的超高真空系统。整个系统结构紧凑、性能稳定、操作方便，其真空度可保持在１．２×１０－７Ｐａ（约９．０×１０－１０Ｔｏｒｒ）左右，可满足直接工作在铯原子汽室中的磁光阱的要求。