基于冷原子系综的量子非破坏性测量研究

发布时间：2022-08-23 23:08

　　在基于冷原子系综的精密测量中,随着测量的精度越来越高,我们需要输入一些关联态的原子以突破测量中的标准量子极限。产生这些关联态原子的方法也层出不穷。量子非破坏性测量作为一种产生原子自旋压缩态的方法,在这二十多年得到了广泛的研究。本文介绍了作者在这一研究方面的工作。本文第一章介绍了自旋压缩态以及利用量子非破坏性测量制备自旋压缩态的研究背景,包括基本原理、发展脉络和发展现状。第二章介绍了基于冷原子系综的光与原子相互作用的特性。在简单介绍光与原子相互作用的基本理论以后,介绍了量子非破坏性测量方法产生自旋压缩态的技术路径。第三章研究了冷原子样品的制备与存储的方法以及相关的实验技术。首先在磁光阱中捕获初级冷却的原子,然后将原子进一步冷却到小于10μK左右的低温。同时将冷却的原子加载到准备好的远失谐偶极光阱中,实现原子1s左右的存储,为下一步的探测做好原子样品准备工作。第四章对光与原子相互作用后的探测工具-马赫曾德干涉仪做了理论分析,并实现了马赫曾德干涉仪的搭建、锁定和噪声抑制的工作。最后在第五章中介绍了对阱中原子内态布居数的量子非破坏性测量,实现阱中参数的实时稳定非破坏性监测。第六章总结了本文工作... 

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 自旋压缩态
    1.2 量子非破坏性测量
    1.3 量子非破坏性测量制备自旋压缩态
    1.4 论文内容概述
2 原子与光相互作用
    2.1 原子态
        2.1.1 原子的算符
        2.1.2 偶极算符
        2.1.3 密度算符、混合态和纯态
        2.1.4 原子集合角动量
    2.2 光场态
    2.3 原子与光相互作用理论
        2.3.1 相互作用哈密顿量
        2.3.2 运动方程
        2.3.3 相移与吸收
        2.3.4 失谐光与原子相互作用
    2.4 量子非破坏性测量原理
    2.5 自旋压缩态原理
3 冷原子样品制备的原理与实验
    3.1 (?)原子的能级结构
    3.2 中性原子的激光冷却
        3.2.1 磁光阱
        3.2.2 亚多普勒冷却技术—偏振梯度冷却
    3.3 光学偶极阱理论
    3.4 冷原子制备的实验设计
        3.4.1 真空系统
        3.4.2 磁光阱—多普勒冷却
        3.4.3 磁光阱—偏振梯度冷却
    3.5 偶极阱的实验设计
        3.5.1 加载方案
        3.5.2 实验设置
        3.5.3 实验结果
4 用于原子系综测量的干涉仪理论与实验
    4.1 干涉仪的量子力学处理
        4.1.1 理想状态的干涉仪
        4.1.2 干涉仪中的损耗
    4.2 噪声分析
        4.2.1 散粒噪声
        4.2.2 经典噪声
    4.3 光学装置
        4.3.1 探测光
        4.3.2 锁定光
    4.4 白光位置
        4.4.1 白光光源
        4.4.2 白光位置锁定
    4.5 干涉仪的噪声特性
        4.5.1 白光位置处的相位噪声
        4.5.2 实验室环境的噪声分析
5 冷原子的量子非破坏性干涉测量
    5.1 干涉测量法
        5.1.1 空间采样滤波器
        5.1.2 相移测量
    5.2 阱中原子系综的非破坏性测量
        5.2.1 差分干涉结构
        5.2.2 原子密度测量和加载过程
    5.3 总结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录A
附录B
攻读博士期间的主要工作


【参考文献】：
期刊论文
[1]刀口法测平顶光斑和高斯光斑半径的新算法[J]. 高源,樊仲维,余锦,赵天卓,石朝辉.  激光技术. 2013(02)
[2]基于DDS的激光频率高精度控制系统及其应用[J]. 徐周翔,黄凯凯,章显,陆璇辉.  光电子.激光. 2011(10)
[3]新型原子钟发展现状[J]. 张首刚.  时间频率学报. 2009(02)



本文编号：3678654