铯原子魔数波长光镊的构建及单原子俘获寿命改善

发布时间：2021-02-13 02:35

　　单原子做为最基本的量子比特,对于研究光与物质相互作用基本原理具有独特的作用,可以为量子计算与量子通信,多量子节点网络的构建提供有力的工具。相比于其他的量子系统,中性原子具有容易操控,与外界电磁场相互作用小,可以保持较长的相干时间等优点。本文依据光与二能级原子相互作用基本理论,采用多能级模型计算了铯原子在光镊中的光频移,然后构建出魔数波长偶极力阱,由于魔数波长偶极力阱中原子俘获寿命很短,我们用谐振子模型分析了原子在光镊中的加热机制,然后增加了一套功率稳定反馈系统,通过降低光镊强度噪声,减少光镊对原子的参量加热,从而提高单原子的俘获寿命。本文工作主要包括以下几个部分:（1）介绍单色光与二能级原子相互作用基本理论,以及实验上单个原子的激光冷却和俘获、单原子阵列的构建。单原子与单原子阵列作为最基本的量子比特在量子计算、量子信息等方面的应用。（2）介绍光镊导致的原子能级频移,利用多能级模型计算铯原子D2线6S_1/2（F=4,m_F=+4）→6P_3/2（F’=5,m_F=+5）超精细能级在不同波长不同偏振光镊下的光... 

【文章来源】：山西大学山西省

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

多普勒激光冷却制的物理图

从而叠加增强，导致能级的变化，我们称之为光频移。显而易见，光频移的大小与光强有直接的关系，如图2.1，对于一个强聚焦的高斯光束，其光强分布是不均匀的，原子能级的频移大小依赖于在阱中的位置，而在魔数波长光镊中可以消除这种问题，同时频移也与光频率相对于原子跃迁线的失谐量有关。一般情况下在外加光场的作用下，原子基态与激发态的光频移是不同的，但是我们可以找到一些比较特殊波长的光，使得原子某一条特定的跃迁线，其上下能级频移是一致的，即差分光频移为零。我们把这种波长的光称为魔数波长。用魔数波长的光来做光镊俘获原子将会是一个非常好的选择，对于我们关注的原子能级其保留了固有的性质，方便了我们对于原子性质的研究或利用，特别是在原子钟方面的应用。图 2.1 光镊中铯原 跃迁频率的光频移及其空间位置依赖

铯原D2线态光频移计算考虑的能级

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于声光频移器反馈控制的397.5 nm紫外激光功率稳定研究[J]. 白乐乐,温馨,杨煜林,刘金玉,何军,王军民.  中国激光. 2018(10)
[2]Deterministic loading of an individual atom:Towards scalable implementation of multi-qubit[J]. 何军,刘贝,王杰英,刁文婷,靳刚,王军民.  Chinese Physics B. 2017(11)
[3]Efficient loading of a single neutral atom into an optical microscopic tweezer[J]. 何军,刘贝,刁文婷,王杰英,靳刚,王军民.  Chinese Physics B. 2015(04)

博士论文
[1]远失谐微型光学偶极阱中单原子的俘获和操控[D]. 何军.山西大学 2011



本文编号：3031831