外磁场对超冷铯原子光缔合共振频率偏移影响的研究

发布时间：2020-09-14 10:17

　　上世纪末,碱金属中性原子的玻色爱因斯坦凝聚(BEC)和费米气体量子简并(DFG)的相继实现,超冷原子物理成为物理学前沿的研究热点。超冷原子样品在各种各样的物理问题中扮演着重要的角色(包括精密测量、量子信息处理以及量子模拟等)。人们期待在超冷分子系统中也可以取得同样的成就,由于超冷分子在本质上与传统的分子有差异,能级结构复杂,偶极-偶极相互作用容易被调控,振转自由度丰富等一系列特性,超冷分子也展现了令人憧憬的前景。在光缔合理论提出不久后,超冷碱金属分子先后在实验上获得,很好地验证了光缔合理论。最重要的是,2008年美国实验天体物理联合研究所的叶军教授小组通过受激拉曼绝热转移实现了40K87Rb分子到振转基态,为基态分子的研究提供了新的思路。虽然科学家产生、俘获和操控超冷分子的目标是各式各样的,以及跨学科的,但是他们制备分子的途径基本是一致的,一般采用光缔合(photoassociation,PA)和Feshbach共振的方法。本文制备超冷铯分子的方法是光缔合(PA),在此背景下,研究PA激光强度与光谱共振位置频移的线性规律。同时,结合单通道方势阱模型,理论解释了外磁场对超冷铯分子光谱共振位置频率移动影响的实验结果。主要的工作内容如下:一、将133Cs原子囚禁在磁光阱(MOT)中,随后,通过增加梯度磁场,降低泵浦光的功率,以及增大俘获光的失谐完成有效的压缩MOT,并利用光学粘团(optical molasses)将铯原子制备到超精细能级62S1/2,F=3态。通过拉曼激光作用的三维拉曼边带冷却的降温操作,铯原子获得更低的温度且位于62S1/2,|F=3,mF=3;v=0上。二、两束红失谐的大功率激光结合梯度磁场和偏置磁场构成磁悬浮的光学偶极阱,将铯原子装载在光阱的中心,获得高品质超冷133Cs原子。这里,激光的功率为7 W,偏置磁场为75 G,梯度磁场为31.13 G/cm。此时铯原子云的密度变大,温度～3.5 μpK,数目～2.5×105。随后,选择钛宝石激光器输出的852 nm激光入射到光阱中心,利用光缔合(PA)的方法,将[F=3,mF=3;v=0态的铯原子形成6S1/2+6P1/2离解限下的Ou+态铯分子,且振动能级为vD-v=190。三、改变光缔合激光强度,获得光谱共振位置频率移动与激光强度成线性关系。在不同的外磁场下,重复该实验过程,得到光缔合(PA)光谱的频移率依赖于外磁场。引入外磁场控制可调深度的单通道方势阱模型进行定量理论分析,研究外磁场影响原子在方势阱内的行为,进而影响铯原子的光缔合。实验上获得的铯原子光缔合(PA)光谱共振位置偏移率随外磁场的变化与理论解释结果符合得很好。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O562
【部分图文】：

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图 1.1：光缔合过程示意图A）过程为原子稀薄气体被失谐频率的激光照射时，两个光子，跃迁到高能级形成振转束缚态分子，关)*B。如图 1.1 所示[47]，图中 A 和 B 为两个碰撞的自由原量；Eat为基态原子跃迁到第一振转激发态分子对应的能

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（a）（b）图 1.2：双色光缔合示意图1.3 Feshbach 共振制备超冷分子除了光缔合技术（PA）外，制备超冷分子最典型的方法是 Feshbach 共振。Feshbach

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研究多体问题提供了科学机遇。（a）（b）图 1.2：双色光缔合示意图1.3 Feshbach 共振制备超冷分子除了光缔合技术（PA）外，制备超冷分子最典型的方法是 Feshbach 共振。Feshbach共振是一种通过外磁场操纵和控制超冷原子与分子的共振耦合，从而把原子与分子联系起来的技术。如图 1.3 所示[50]，通过调节外部磁场使束缚态能量 Ec趋于 0 时，入射通道或者开通道自由碰撞的原子（能量为 E）共振耦合跃迁到闭通道的的分子（能量为 Ec）时，形成 Feshbach 共振。图中红色曲线 Vc（R）表示闭通道势能线，黑色曲线 Vbg（R）表示分子的背景势能线，虚线表示能量为零的渐近线。严格意义上讲，Feshbach 共振本质上类似于光缔合。Feshbach 共振已经在基本所有的单一种类或混合种类的碱金属系统中被发现

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