光学微腔中单原子运动的精密测量和控制
发布时间：2020-12-03 01:48
腔量子电动力学（Cavity Quantum Electrodynamics,腔QED）主要是研究受限空间内粒子与光场的相互作用。单个原子与高精细度光学微腔组成的强耦合系统可以使人们在单量子水平上研究单个光子与单个原子的动力学演化过程。原子与光场的强耦合不仅可以使我们完成对单个原子的灵敏探测,而且为量子态的制备、量子通迅和量子逻辑门的实现提供了一种重要的途径。单个原子与腔场强耦合的实现及耦合强度的有效控制是实现上述目标的核心问题。本文工作主要围绕在单个原子与光学腔组成的强耦合系统中对单个原子的操控及测量所展开。工作重点如下：1)在实验上搭建了将确定性数目的冷原子从磁光阱转移到光学微腔并实现单个原子与高精细度光学微腔（F-P腔）长时间强耦合作用的实验系统。整个实验系统主要由：真空系统、光学微腔、频率链系统、光学偶极阱、腔的透射收集系统以及实验数据采集和控制等部分构成。基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）技术,开发了实时反馈控制系统,使我们主动控制原子在腔模内的运动成为可能。2)实现了单个原子与不同微腔横模如TEMmn （m=0,1...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 强耦合腔QED的研究进展
1.3 单原子的灵敏测量及其内外态的操控
1.4 论文结构
参考文献
第二章 单原子与腔场相互作用的理论模型分析
2.1 引言
2.2 原子-腔场耦合的量子模型
2.2.1 无热库影响的单原子-腔耦合系统
2.2.2 热库中的单原子-腔耦合系统
2.3 原子-腔系统强耦合的条件
2.4 原子在腔内位置的理论分析
2.5 小结
参考文献
第三章 实验系统及关键技术
3.1 引言
3.2 磁光阱（Magneto-optical trap,MOT）内铯原子冷却与俘获
3.2.1 真空系统
3.2.2 磁场线圈的构建
3.2.3 稳频激光系统
3.2.4 磁光阱中冷原子的俘获与优化
3.3 光学微腔（Microcavity）
3.3.1 微腔的基本参数
3.3.2 微腔的共振频率及有效腔长的测量
3.3.3 微腔腔长的控制
3.4 腔内探测光、锁定光及俘获光的锁定系统
3.4.1 852nm探测光及传导腔相对于原子跃迁线的锁定
3.4.2 828nm微腔锁定光的频率锁定
3.4.3 934nm俘获光的频率锁定
3.5 微腔透射光子的收集与探测
3.6 时序控制及数据采集与分析系统
3.6.1 硬件部分
3.6.2 软件部分
3.7 小结
参考文献
第四章 腔内单原子运动的实时精密测量
4.1 引言
4.2 单原子穿越腔模的理论模型
00模拟"> 4.2.1 原子穿越TEM00模拟
10和TEM01模拟"> 4.2.2 原子穿越非倾斜的TEM10和TEM01模拟
10、TEM20以及TEM30模拟"> 4.2.3 原子穿越倾斜的TEM10、TEM20以及TEM30模拟
4.3 实验过程及结果
00模的运动轨迹"> 4.3.1 原子穿越TEM00模的运动轨迹
10、TEM20以及TEM30模的运动轨迹"> 4.3.2 原子穿越倾斜的TEM10、TEM20以及TEM30模的运动轨迹
4.4 小结
参考文献
第五章 原子-腔系统的温度确定及冷原子统计性质的研究
5.1 引言
5.2 基于单原子测量的冷原子团温度确定与优化
5.2.1 利用微腔测量冷原子温度的理论模型
5.2.2 实验过程与结果分析
5.3 磁光阱中原子下落到微腔的统计特性研究
5.4 小结
参考文献
第六章 腔内原子的俘获及两维双色偶极阱的建立
6.1 引言
6.2 光学偶极阱（Far-off-resonance dipole trap,FORT）
6.3 偶极阱装置
6.3.1 移动的远失谐偶极阱
6.3.2 腔内驻波偶极阱
6.4 实验过程与结果讨论
6.5 利用光电负反馈抑制激光强度噪声
6.5.1 基本原理分析
6.5.2 实验装置及结果分析
6.6 小结
参考文献
总结与展望
攻读学位期间取得的研究成果
致谢
个人简况及联系方式
承诺书
【参考文献】：
期刊论文
[1]超高精细度微光学腔共振频率及有效腔长的精密测量[J]. 杜金锦,李文芳,文瑞娟,李刚,张天才. 物理学报. 2013(19)
[2]用扫描激光频率腔衰荡对超低损耗镜片的测量[J]. 李志刚,张玉驰,张鹏飞,李园,李刚,王军民,张天才. 光学学报. 2009(03)
[3]减反膜外腔半导体激光器特性的研究[J]. 刘四平,张玉驰,张鹏飞,李刚,王军民,张天才. 物理学报. 2009(01)
[4]超高精细度光学腔中低损耗的测量[J]. 李利平,刘涛,李刚,张天才,王军民. 物理学报. 2004(05)
[5]利用模清洁器降低单频Nd∶YVO4激光器的强度噪声[J]. 陈艳丽,张靖,李永民,张宽收,谢常德,彭堃墀. 中国激光. 2001(03)
[6]激光二极管抽运的环形单频激光器的强度噪声特性研究[J]. 张靖,张宽收,陈艳丽,张天才,谢常德,彭堃墀. 光学学报. 2000(10)
博士论文
[1]强耦合腔量子电动力学的实现及单原子轨道的精密测量[D]. 张鹏飞.山西大学 2011
[2]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
[3]光学腔量子电动力学中的单原子探测及控制[D]. 张玉驰.山西大学 2010
[4]基于单光子探测的光场统计性质的研究[D]. 李园.山西大学 2009
[5]高精细度微光学腔及单原子的控制与测量[D]. 李刚.山西大学 2007
本文编号：2895792
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 强耦合腔QED的研究进展
1.3 单原子的灵敏测量及其内外态的操控
1.4 论文结构
参考文献
第二章 单原子与腔场相互作用的理论模型分析
2.1 引言
2.2 原子-腔场耦合的量子模型
2.2.1 无热库影响的单原子-腔耦合系统
2.2.2 热库中的单原子-腔耦合系统
2.3 原子-腔系统强耦合的条件
2.4 原子在腔内位置的理论分析
2.5 小结
参考文献
第三章 实验系统及关键技术
3.1 引言
3.2 磁光阱（Magneto-optical trap,MOT）内铯原子冷却与俘获
3.2.1 真空系统
3.2.2 磁场线圈的构建
3.2.3 稳频激光系统
3.2.4 磁光阱中冷原子的俘获与优化
3.3 光学微腔（Microcavity）
3.3.1 微腔的基本参数
3.3.2 微腔的共振频率及有效腔长的测量
3.3.3 微腔腔长的控制
3.4 腔内探测光、锁定光及俘获光的锁定系统
3.4.1 852nm探测光及传导腔相对于原子跃迁线的锁定
3.4.2 828nm微腔锁定光的频率锁定
3.4.3 934nm俘获光的频率锁定
3.5 微腔透射光子的收集与探测
3.6 时序控制及数据采集与分析系统
3.6.1 硬件部分
3.6.2 软件部分
3.7 小结
参考文献
第四章 腔内单原子运动的实时精密测量
4.1 引言
4.2 单原子穿越腔模的理论模型
00模拟"> 4.2.1 原子穿越TEM00模拟
10和TEM01模拟"> 4.2.2 原子穿越非倾斜的TEM10和TEM01模拟
10、TEM20以及TEM30模拟"> 4.2.3 原子穿越倾斜的TEM10、TEM20以及TEM30模拟
4.3 实验过程及结果
00模的运动轨迹"> 4.3.1 原子穿越TEM00模的运动轨迹
10、TEM20以及TEM30模的运动轨迹"> 4.3.2 原子穿越倾斜的TEM10、TEM20以及TEM30模的运动轨迹
4.4 小结
参考文献
第五章 原子-腔系统的温度确定及冷原子统计性质的研究
5.1 引言
5.2 基于单原子测量的冷原子团温度确定与优化
5.2.1 利用微腔测量冷原子温度的理论模型
5.2.2 实验过程与结果分析
5.3 磁光阱中原子下落到微腔的统计特性研究
5.4 小结
参考文献
第六章 腔内原子的俘获及两维双色偶极阱的建立
6.1 引言
6.2 光学偶极阱（Far-off-resonance dipole trap,FORT）
6.3 偶极阱装置
6.3.1 移动的远失谐偶极阱
6.3.2 腔内驻波偶极阱
6.4 实验过程与结果讨论
6.5 利用光电负反馈抑制激光强度噪声
6.5.1 基本原理分析
6.5.2 实验装置及结果分析
6.6 小结
参考文献
总结与展望
攻读学位期间取得的研究成果
致谢
个人简况及联系方式
承诺书
【参考文献】：
期刊论文
[1]超高精细度微光学腔共振频率及有效腔长的精密测量[J]. 杜金锦,李文芳,文瑞娟,李刚,张天才. 物理学报. 2013(19)
[2]用扫描激光频率腔衰荡对超低损耗镜片的测量[J]. 李志刚,张玉驰,张鹏飞,李园,李刚,王军民,张天才. 光学学报. 2009(03)
[3]减反膜外腔半导体激光器特性的研究[J]. 刘四平,张玉驰,张鹏飞,李刚,王军民,张天才. 物理学报. 2009(01)
[4]超高精细度光学腔中低损耗的测量[J]. 李利平,刘涛,李刚,张天才,王军民. 物理学报. 2004(05)
[5]利用模清洁器降低单频Nd∶YVO4激光器的强度噪声[J]. 陈艳丽,张靖,李永民,张宽收,谢常德,彭堃墀. 中国激光. 2001(03)
[6]激光二极管抽运的环形单频激光器的强度噪声特性研究[J]. 张靖,张宽收,陈艳丽,张天才,谢常德,彭堃墀. 光学学报. 2000(10)
博士论文
[1]强耦合腔量子电动力学的实现及单原子轨道的精密测量[D]. 张鹏飞.山西大学 2011
[2]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
[3]光学腔量子电动力学中的单原子探测及控制[D]. 张玉驰.山西大学 2010
[4]基于单光子探测的光场统计性质的研究[D]. 李园.山西大学 2009
[5]高精细度微光学腔及单原子的控制与测量[D]. 李刚.山西大学 2007
本文编号：2895792
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/2895792.html
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