单原子光镊的构建和表征及光频移研究
发布时间：2021-07-30 22:44
单原子在量子寄存器、单光子源等领域有重要的应用,单原子的内部自由度可以提供量子信息处理过程中的量子比特,此外,单原子与单光子之间的纠缠也为量子信息处理和量子计算提供了条件。基于俘获在微尺度光镊中单原子构成的单光子源具有可与原子跃迁线匹配、窄带宽、原子几乎不与外界光场和电场相互作用等优势。里德堡原子由于其辐射寿命长、轨道半径大、原子间相互作用较强、对外界电磁场敏感等特点,利用单原子光镊俘获里德堡原子在量子光学的基础研究、精密测量、量子信息处理等方面具有重要意义。本文以分析用于俘获单个基态原子或里德堡原子的光镊的特性为目标,研究了激光强度起伏对于基态原子俘获寿命的影响,光镊中单原子俘获寿命的延长,光镊激光的偏振对俘获在光镊中原子的光频移的影响,以及用于俘获里德堡原子的魔术波长光学偶极阱等工作。本论文主要完成的工作如下:（1）磁光阱中单原子的高概率装载。实验中先在磁光阱中俘获一个原子,然后再将原子转移到光镊中。为了高概率地将单原子装载到光镊中,就需要将单原子高效地装载到磁光阱中,在实验系统中加入一个触发回路,通过控制磁光阱四极磁场梯度的变化,来控制磁光阱的装载率,使磁光阱中单原子的装载率从2...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁光阱
第一章、绪论3轴上，原子离磁光阱的中心越远，mf=-1的Zeeman态频移量越大，且越接近冷却光的频率，吸收一个σ-偏振的光子，并获得指向磁光阱中心的反冲动量的概率越大。原子获得的反冲动量的方向是由量子化轴磁场决定的，光的偏振可以是左旋的，也可以是右旋的，通过选择合适的磁场量子化轴方向，可以使光子向阱中心移动时，与特定的原子发生相互作用，将原子俘获在磁光阱的中心。图1.2冷却光与四极磁场配合俘获中性原子自由空间中的热原子的动量比单光子要大得多，因此要想在磁光阱中冷却并俘获单原子，就要进行多次的吸收-自发辐射过程。这一过程要求原子在完成吸收-自发辐射的过程后，还能回到初始的原子态上，因此就要选择合适的循环跃迁。如图1.3所示，对于铯原子D2线，通常选择基态6S1/2,F=4态和6P3/2,F=5态的循环跃迁。图1.3磁光阱俘获原子能级的选择1.2光镊1970年Ashkin首次提出了光场的散射力与梯度力的概念[27]，在1986年首次用利用光场的散射力与梯度力俘获了微尺度粒子[28]，这标志着光镊的诞生，并且Ashkin获得了2018年的诺贝尔物理学奖。但Ashkin利用光场的散射力和梯度力俘获的光学粘团的尺度依旧比较大，在几十纳米~几微米的尺度上。同年，StevenChu等第一次
第一章、绪论3轴上，原子离磁光阱的中心越远，mf=-1的Zeeman态频移量越大，且越接近冷却光的频率，吸收一个σ-偏振的光子，并获得指向磁光阱中心的反冲动量的概率越大。原子获得的反冲动量的方向是由量子化轴磁场决定的，光的偏振可以是左旋的，也可以是右旋的，通过选择合适的磁场量子化轴方向，可以使光子向阱中心移动时，与特定的原子发生相互作用，将原子俘获在磁光阱的中心。图1.2冷却光与四极磁场配合俘获中性原子自由空间中的热原子的动量比单光子要大得多，因此要想在磁光阱中冷却并俘获单原子，就要进行多次的吸收-自发辐射过程。这一过程要求原子在完成吸收-自发辐射的过程后，还能回到初始的原子态上，因此就要选择合适的循环跃迁。如图1.3所示，对于铯原子D2线，通常选择基态6S1/2,F=4态和6P3/2,F=5态的循环跃迁。图1.3磁光阱俘获原子能级的选择1.2光镊1970年Ashkin首次提出了光场的散射力与梯度力的概念[27]，在1986年首次用利用光场的散射力与梯度力俘获了微尺度粒子[28]，这标志着光镊的诞生，并且Ashkin获得了2018年的诺贝尔物理学奖。但Ashkin利用光场的散射力和梯度力俘获的光学粘团的尺度依旧比较大，在几十纳米~几微米的尺度上。同年，StevenChu等第一次
【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]基于微型光学偶极阱中单个铯原子俘获与操控的852 nm触发式单光子源[J]. 刘贝,靳刚,何军,王军民. 物理学报. 2016(23)
[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]基于微尺度光学偶极阱中单原子操控的852nm单光子源研究[D]. 刘贝.山西大学 2017
本文编号：3312263
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁光阱
第一章、绪论3轴上，原子离磁光阱的中心越远，mf=-1的Zeeman态频移量越大，且越接近冷却光的频率，吸收一个σ-偏振的光子，并获得指向磁光阱中心的反冲动量的概率越大。原子获得的反冲动量的方向是由量子化轴磁场决定的，光的偏振可以是左旋的，也可以是右旋的，通过选择合适的磁场量子化轴方向，可以使光子向阱中心移动时，与特定的原子发生相互作用，将原子俘获在磁光阱的中心。图1.2冷却光与四极磁场配合俘获中性原子自由空间中的热原子的动量比单光子要大得多，因此要想在磁光阱中冷却并俘获单原子，就要进行多次的吸收-自发辐射过程。这一过程要求原子在完成吸收-自发辐射的过程后，还能回到初始的原子态上，因此就要选择合适的循环跃迁。如图1.3所示，对于铯原子D2线，通常选择基态6S1/2,F=4态和6P3/2,F=5态的循环跃迁。图1.3磁光阱俘获原子能级的选择1.2光镊1970年Ashkin首次提出了光场的散射力与梯度力的概念[27]，在1986年首次用利用光场的散射力与梯度力俘获了微尺度粒子[28]，这标志着光镊的诞生，并且Ashkin获得了2018年的诺贝尔物理学奖。但Ashkin利用光场的散射力和梯度力俘获的光学粘团的尺度依旧比较大，在几十纳米~几微米的尺度上。同年，StevenChu等第一次
第一章、绪论3轴上，原子离磁光阱的中心越远，mf=-1的Zeeman态频移量越大，且越接近冷却光的频率，吸收一个σ-偏振的光子，并获得指向磁光阱中心的反冲动量的概率越大。原子获得的反冲动量的方向是由量子化轴磁场决定的，光的偏振可以是左旋的，也可以是右旋的，通过选择合适的磁场量子化轴方向，可以使光子向阱中心移动时，与特定的原子发生相互作用，将原子俘获在磁光阱的中心。图1.2冷却光与四极磁场配合俘获中性原子自由空间中的热原子的动量比单光子要大得多，因此要想在磁光阱中冷却并俘获单原子，就要进行多次的吸收-自发辐射过程。这一过程要求原子在完成吸收-自发辐射的过程后，还能回到初始的原子态上，因此就要选择合适的循环跃迁。如图1.3所示，对于铯原子D2线，通常选择基态6S1/2,F=4态和6P3/2,F=5态的循环跃迁。图1.3磁光阱俘获原子能级的选择1.2光镊1970年Ashkin首次提出了光场的散射力与梯度力的概念[27]，在1986年首次用利用光场的散射力与梯度力俘获了微尺度粒子[28]，这标志着光镊的诞生，并且Ashkin获得了2018年的诺贝尔物理学奖。但Ashkin利用光场的散射力和梯度力俘获的光学粘团的尺度依旧比较大，在几十纳米~几微米的尺度上。同年，StevenChu等第一次
【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]基于微型光学偶极阱中单个铯原子俘获与操控的852 nm触发式单光子源[J]. 刘贝,靳刚,何军,王军民. 物理学报. 2016(23)
[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]基于微尺度光学偶极阱中单原子操控的852nm单光子源研究[D]. 刘贝.山西大学 2017
本文编号：3312263
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