亚声速NH3分子束静电Stark减速的理论研究

本文基于自行研制的第二代(180级)静电Stark减速器,展开了对NH_3的有效减速与冷却的理论研究.首先,计算了NH_3分子在|J=1,K=1〉量子态的Stark分裂,研究了不同的同步相位角下,减速器中NH_3分子的纵向相空间稳定区域;接着,采用Monte-Carlo方法研究了该分子在传统工作模式下的减速效果,并讨论了该减速模式下多个参数(包括每级损失动能、分子波包末速度和相对减速效率)与同步相位角的依赖关系,以及减速波包末速度与减速电压的关系,研究发现:采用传统的Stark减速模式,当减速电压为±13 kV、同步相位角Φ_0=26.08°时,即可实现NH3从280 m/s到6.7 m/s的有效减速,对应平动动能减少了99.9%,其波包温度由1.34 K降至80 mK;最后,研究了先聚束后减速模式下NH3分子的减速效果,以及该减速模式下减速波包末速度与同步相位角的依赖关系,结果表明:当减速电压为±6.5 kV,采用前15级电极作为聚束电极,后165级作为减速电极时,可将NH3分子波包的中心速度由280 m/s减至20.7 m/s,平动动能减少了99.4%,温度由1.34 K降至1.6 mK,与传统减速模式相比,冷分子波包温度降低至1/50.由此可见,采用180级的传统Stark减速器完全可以实现具有较低Stark势能的NH3分子的有效减速与冷却,并获得温度约为1mK的冷分子波包,为进一步的实验研究提供了可靠的理论依据.

基于调制光晶格的中性分子束光学Stark减速与囚禁的理论研究

本文基于分子束光学Stark减速理论,提出采用调制的红失谐光晶格来减速和囚禁任意脉冲超声分子束方案,并予以理论研究.以CH_4超声分子束为例,利用Monte-Carlo方法模拟了调制光晶格中的分子减速与囚禁的动力学过程,给出减速级数、同步分子初始位相角与减速效果的关系.研究结果表明:随着减速级数的增加,被减速的分子波包逐渐从原来的分子速度分布的大波包中分离开来,且减速级数越高,减速后的分子速度越小.在其他条件相同时同步分子初始位相角越大,减速波包内的分子数目越少,同时位相空间被压缩.与未调制的光晶格减速方案相比,本方案中无分子自由飞行过程,在相同的光晶格长度内完成了双倍的减速级数.当光晶格长度取3.71 mm时,模拟结果显示CH_4分子从280 m/s减速至172 m/s,而未调制光晶格只能将CH_4分子从280 m/s减速至232 m/s,减速效果提高了26%.本方案可以集分子的减速、囚禁于一体,是一种新型的分子光学功能器件,在冷分子光学、量子信息、冷化学等前沿研究领域中有潜在的应用.

第二讲 分子束的静电Stark减速、静磁Zeeman减速和光学Stark减速技术

文章首先回顾了分子在外场中的三个效应及其冷分子被外场操控的基本原理,接着简单介绍利用分子与电磁场的相互作用来实现分子束减速的基本原理。随后详细介绍各种分子束减速的技术方案、实验结果及其最新研究进展,包括分子束的静电Stark减速、静磁Zeeman减速和光学Stark减速技术。最后,简单介绍了由上述减速技术获得的冷分子样品在冷碰撞物理、冷化学物理和精密测量物理等领域中的应用研究。

Laser-Assisted Stark Deceleration of Polar Molecules HC2n＋1N （n=2, 3, 4） in High-Field-Seeking State

Laser-assisted Stark deceleration scheme was proposed to decelerate the high-field-seeking molecule IC1 in its rovibronic ground state. However, the laser intensity of 1.0×10^10W/cm^2 is hard to realize in experiment. The time-of-flight signals of HC2n＋1N （n=2, 3 and 4） by three-dimensional Monte-Carlo simulation suggest that deceleration of such molecules is more feasible experimentally as only one-tenth laser intensity is needed.

一种产生中性冷分子的方案

本文首先简单介绍了中性分子的操控原理;然后对目前存在的冷分子产生方案进行了简单的介绍。