基于纳米光纤的铯原子塞曼频移率测量

发布时间：2020-04-22 03:11

【摘要】：用量子力学去解释光、物质及其相互作用为操控光和物质的量子态开辟了新的途径。它让我们对量子物理有了更广泛的理解,由量子规则所控制的更先进技术也逐渐呈现出来。操控光和物质的量子态是当代物理的一项挑战。各种技术正在被用来控制光与物质相互作用,包括冷原子物理,腔量子电动力学(腔QED),集体超辐射发射等。本文中我们使用了纳米光纤实现了对光场的修饰,使光场呈现一种特殊的分布。光学纳米纤维因束腰部分的直径在亚波长范围,具有高功率密度,超低的饱和光强等优点,因此在光学耦合器件,光学操控以及量子存储方面具有广泛的应用。光学纳米纤维对光场具有极强的束缚能力,在其表面会形成光学消逝场。人们利用这一特性观察到了纳米光纤的电磁诱导透明现象,双光子跃迁以及全光学调制等。本文主要利用了纳米光纤对光场的强束缚能力研究了光学纳米纤维上光与原子的相互作用,主要包含纳米光纤上铯原子的吸收饱和效应,铯原子塞曼频移的测量。基于纳米光纤高功率密度的优点,我们只需要纳瓦量级的光强就能保证实验的顺利进行,这是相对于利用空间光去研究光与原子相互作用的优势。本文的研究内容如下:1.通过火焰刷技术成功拉制了锥形纳米光纤,拉制完成以后,在电子显微镜下测量的直径是500多纳米,透过率高达99%,保障了实验的正常进行。2.搭建了满足实验需求的光路以及真空系统。本文第三章探究了纳米光纤上铯原子的吸收饱和特性,研究了影响铯原子吸收饱和特性的因素。第三章的研究为第四章纳米光纤上铯原子塞曼频移的测量实验做了铺垫。3.设计了纳米光纤的加热结构。实验过程中,要控制合适的光纤加热温度,温度不能太高,防止光纤热胀冷缩而断裂,也要保证光纤表面温度高于真空腔体温度,防止原子在光纤表面的积累。4.测试了不同的光强和温度下纳米光纤上铯原子的吸收饱和现象。我们利用纳米光纤测量了不同磁场下铯原子的塞曼频移率,利用锥形纳米光纤系统实现了纳瓦量级的测量。
【图文】：

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.2.2 光学纳米纤维的光场分布特性A. Chandra[10]通过理论计算了锥形纳米光纤内外基模 HE11模式光场的分布，，在光纳米纤维中建立柱坐标系（ x r cos , y rsin ）来分析光场的分布特性。光纤纤部分的半径大小是 a，r 是光纤周围空间某一点到纤芯的垂直距离，光场沿 z 轴传图 1.1 纳米光纤的构成

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米光纤后的光强用 P 表示，因为：光强和输出光强可以表示为：代表纳米光纤上归一化光强的分布，光纤上不同位置光强分布强分布也不尽相同，纳米光纤纤芯处的光场分布最为集中，拥2 2 2 2| | | ( , , ) | | ( , , ) | | ( , , ) | x y zE E r z E r z E r z110 21111112 222 2 2 2 2 21111 11 11 11 1 112 21122111 11 11 11 0 11 2 11 22 2 21 1122 211 1 11( , ) | {(1 ) ( ) (1 ) ( ) 2 ( )42( ( ) (1 )(1 ) ( ) ( )) cos[2( ( )( , ) |4 ( )linlininoutAh r s J h r s J h r J h rhhJ h r s s J h r J h rA J h a rq K q a 0 2111122 2 2 2 1111 11 11 11 222111 11 11 11 0 11 2 11 2[(1 ) ( ) (1 ) ( ) 2 2( ( ) (1 )(1 ) ( ) ( )) cos[2( qs K q r s K q r qK q r s s K q r K q r
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O562;O431.2

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