铯原子47D态精细结构光谱测量

发布时间：2020-05-22 06:59

【摘要】：里德堡原子具有较长的寿命、较大的极化率、较小的结合能、以及原子间很强的长程相互作用等奇特性质,这使得里德堡原子成为物理和化学等领域的研究热点。里德堡三能级阶梯型EIT将里德堡原子的性质通过光场得以表现,使得以光场探测为基础的里德堡原子EIT效应在微波电场测量、量子计算机、单光子源以及量子纠缠等方面具有广阔的应用前景。由于在里德堡EIT的实验过程中,原子始终处于束缚态,这就为研究里德堡原子的性质提供了一种全新的、无损的探测手段,也提供了一种测量里德堡原子间相互作用的方法。俘获损耗光谱(Trap loss spectroscopy)技术是超冷分子光谱研究领域常用的一种测量手段,特别是在通过光缔合效应产生超冷分子的过程中,已经实现超冷分子振转能级光谱的高分辨测量、铯原子-分子超精细跃迁的二极管激光器绝对频率的稳定、分子转动系数测量等。将俘获损耗光谱(Trap loss spectroscopy)技术用来研究里德堡原子,为探究里德堡原子的性质提供了一种新的、无损的、简易的方法,同时此方法也可以用来研究里德堡原子的激发阻塞效应。本文以铯原子为实验样品,在两种环境下对47D态的精细结构光谱进行了研究。一方面在热原子系统中,利用两束对射的光作用到铯原子上,形成阶梯型三能级(6S_(1/2)→6P_(3/2)→nD_(3/2,5/2))系统,利用超稳腔将弱探测光锁定到(6S_(1/2)(F=4)→6P_(3/2)(F’=5))的共振线上,扫描510 nm激光器频率,探测47D态精细结构的EIT光谱;另一方面,在冷原子系统中,搭建了磁光阱系统俘获冷原子,利用俘获损耗光谱(Trap loss spectroscopy)探测47D态精细结构光谱。具体内容如下:一、在室温条件下,以铯原子为实验样品,利用弱探测光实现了6S_(1/2)→6P_(3/2)态的跃迁,并利用超稳腔将其频率锁定,频率稳定度≤100 KHz,利用强的510 nm耦合光实现原子6P_(3/2)→nD_(3/2,5/2)的跃迁,在nD态附近扫描激光器频率,在实验过程中利用PID对两束光的功率进行了稳定,使功率抖动≤1%。在两束作用光不同的偏振组合条件下,测量了47D_(5/2)/47D_(3/2)信号的强度比,并从理论上对里德堡EIT的Bloch方程进行求解,对实验结果进行了理论计算,其中理论计算考虑了光泵浦效应,可以看出理论和实验较为吻合。二、介绍了超冷铯原子磁光阱系统实验装置,并对实验的重要技术进行了详细介绍;介绍了吸收成像的原理,技术,结果以及获得的原子团参数。三、研究了超冷铯原子的俘获损耗光谱(Trap loss spectroscopy)。实验中利用透镜收集原子6P_(3/2)→6S_(1/2)的自发辐射荧光,再利用一束连续的510 nm激发光将6P_(3/2)的原子激发到47D态里德堡态,观测6P_(3/2)→6S_(1/2)的荧光光谱变化,并从理论上对三能级系统的Bloch方程进行求解,将实验结果与理论计算进行比较,在激发光较弱时理论与实验结果较为吻合,激发光较强的时候,由于里德堡原子间强相互作用导致的激发阻塞效应导致测量信号出现饱和,这为我们研究里德堡原子间相互作用提供了一种新的方法。本文的创新之处:一、利用里德堡原子EIT效应无损探测手段研究了47D态精细结构的跃迁强度比。具体研究了激光偏振、功率对跃迁强度的影响。二、利用俘获损耗光谱(Trap loss spectroscopy)技术探测了47D态的荧光光谱,并得出激发光较弱时,47D_(5/2)/47D_(3/2)荧光损失信号的比值与激发光功率成线性关系,为研究里德堡原子间相互作用提供了一种新的方法。
【图文】：

第一章 引言透明（EIT）现象是一种典型的量子相干效应[27]，本色散性质，从而使得介质对探测光减小吸收甚至完全下介质的吸收与色散关系如图 1.1 所示[28]。 EIT 效应被首次提出[29]，并于 1991 年在实验上成功，人们在理论和实验方面进行了大量的研究，在非线应[33]，，光子存储[34,35]以及高灵敏场探测[36-39]等方面都组 2007 年首次在 Rb 原子蒸气池中观测到了里德堡原种无损的，非破坏性且非常灵敏的里德堡态探测方法、里德堡原子与外场相互作用[18][42]以及里德堡激发光本文通过这种无损，高灵敏的 EIT 光谱方法，系统地构光谱。

第二章 里德堡原子跃迁强度比测量的相关理论章 里德堡原子跃迁强度比测量的相和 Harris 等人在 1989 年首次提出了 EIT 现象[21] Sr 原子的 EIT 光谱[22]，由于其较高的灵敏度使。本章主要介绍了阶梯三能级的相关理论，并从探测的理论公式。相互作用的哈密顿量型三能级系统如图 2.1 所示，由基态|g ，中间态成，其中 852 nm 激光实现从 6S1/2到 6P3/2的跃态的跃迁，ωp和ωc分别为 852 nm 和 510 nm 间态和里德堡态的频率失谐。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O562

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