基于阶梯型原子系统的超精细作用常数精密测量和双色磁光阱

发布时间：2017-12-08 12:10

  本文关键词：基于阶梯型原子系统的超精细作用常数精密测量和双色磁光阱

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【摘要】：“谱”是为数不多的贯穿于整个物理学的重要概念之一,它频繁地出现在科学的各个分支。“谱分析”既是一门数字或理论分析的技术,同时又是一门花样繁多的实验技术,包括光谱、质谱、能谱等技术。“光谱学”是利用光谱研究电磁波与物质相互作用的一门学科。光谱技术广泛用于原子能级结构的测量中,气态原子之间距离远,它们之间几乎没有相互作用,能级不易受周围原子影响,是用于原子能级结构测量的理想介质。但是,气室中的原子由于热运动而使谱线的精细信息淹没在多普勒背景中,为了消除多普勒背景的影响,人们发展了多种高分辨光谱。对于能够与基态偶极跃迁的激发态能级,常用用饱和吸收光谱和偏振光谱等无多普勒光谱技术；而对于一些与基态之间的跃迁为偶极禁戒跃迁的激发态能级,人们发展了双光子光谱和光学双共振谱等多种光谱技术。原子的能级结构,能级寿命,原子核与外层电子的相互作用等,都可用高分辨光谱来测量和研究。随着激光冷却中性原子这一技术的诞生和发展,磁光阱中的冷原子因其速度很小,多普勒效应很弱,有利于提高光谱分辨率。磁光阱技术广泛应用于高分辨率的激光光谱以及超高精度的量子频标。本文基于阶梯型的原子能级统,开展了原子激发态高分辨光谱和新型的双色磁光阱方面的研究,创新性的工作主要有以下几个方面：(1)利用高信噪比、窄线宽的新型双共振光抽运光谱技术,分别获得了铷原子激发态5P3/2与激发态4D5,2和5D5,2之间跃迁的光谱。利用阶梯型能级的原子相干效应,进一步压窄谱线,以便于将数MHz到数十MHz的超精细能级分裂间隔区分开。(2)发展了一种消除激光器非线性扫描的频率标定方法,即借助宽带的波导型位相电光调制与光学FP腔频谱分析相结合的方法,通过微调腔长和调节射频频率,使得待标定的光谱峰和FP透射峰同步出现,从而消除激光器不可避免的非线性扫描所引入的误差。该方法不需要成本极其昂贵的光学频率梳,也不需要结构复杂的冷原子系统,并可推广到其它激发态、其它原子的测量。最终获得了同位素87Rb和85Rb的4D5/2和5D5/2态的超精细结构常数,其中,4D5/2态超精细结构常数的测量精度目前为国际最高精度。利用超精细结构常数,首次推算出铷同位素D态的超精细异常值,并与S态和P态的超精细异常值做比较分析。(3)首次基于Cs原子阶梯型能级6S1/2-6P3/2-7S1/2,实现852+1470 nm的冷原子双色磁光阱。研究了两种光路构型：type-Ⅰ,xy平面四束852 nm冷却光两两对射,z方向两束1470 nm冷却光对射；type-Ⅱ,xy平面四束852 nm冷却光两两对射,z方向一束852 nm冷却光与一束1470 nm冷却光对射。在两种构型下,TCMOT在双光子正失谐和负失谐区域均可实现原子俘获,测量了TCMOT对实验参数的依赖关系。TCMOT可用于冷原子云的无背景荧光探测,激光冷却特殊原子。我们选取的这一特别的能级系统,有直接产生原子存储波段(852 nm)和光纤通信波段(1470 nm)关联或纠缠光子对的可能,这在量子通信方面有着潜在应用价值。本文的研究都是基于阶梯型的原子能级系统,在超精细能级结构常数的测量中使用的激光稳频技术以及测量结果,将直接用于TCMOT实验中激光频率控制系统的搭建,以及探究在TCMOT中利用四波混频原理直接产生关联光子对的可能性。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O562

【参考文献】

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本文编号：1266327