波色費(fèi)米超流混合自由空間量子通信實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、基于超冷原子的超流研究是當(dāng)前超冷量子氣體研究的重要方向。本論文中首先介紹了基于6Li和41K的玻色-費(fèi)米超流混合系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。
　　為了實(shí)現(xiàn)超流混合，實(shí)驗(yàn)中首先搭建了一套包括超高真空系統(tǒng)、共振激光系統(tǒng)、激光頻率鎖定與功率控制系統(tǒng)、磁場(chǎng)系統(tǒng)、時(shí)序控制系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、水循環(huán)冷卻系統(tǒng)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等的復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置。然后實(shí)驗(yàn)對(duì)原子實(shí)施激光冷卻。激光冷卻過程包括6Li原子的塞曼減速器和41K原子的改良型的2D+MOT，雙原子3D M

2、OT，壓縮磁光阱，6Li原子的UV MOT和41K原子的Gray Molasses等。通過激光冷卻之后，原子團(tuán)通過光泵浦極化之后裝入到磁阱中并采用磁輸運(yùn)的方式輸運(yùn)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)腔中。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)腔的光塞磁阱中，實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了光塞磁阱的射頻蒸發(fā)冷卻和6Li原子的協(xié)同冷卻過程。在這一過程中，通過RF信號(hào)將阱邊緣的高能41K原子驅(qū)除出束縛阱，而剩余原子則不斷熱平衡，最終降低原子團(tuán)溫度，提升相空間密度。與此同時(shí)，6Li原子將會(huì)通過與41K原子的碰撞而以

3、協(xié)同冷卻的方式同時(shí)得到冷卻。光塞磁阱蒸發(fā)冷卻完成之后，實(shí)驗(yàn)將原子團(tuán)從磁阱轉(zhuǎn)移到特殊設(shè)計(jì)的橢圓形光阱系統(tǒng)中。在光阱中實(shí)驗(yàn)首先通過射頻技術(shù)將41原子轉(zhuǎn)移到最低能量態(tài)，而6Li原子則制備成最低和次低能量態(tài)的平衡混態(tài)。然后實(shí)驗(yàn)中實(shí)施光阱蒸發(fā)冷卻過程。通過緩慢降低光強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)最終在圓盤形光阱中實(shí)現(xiàn)了超流的混合體，其中共有1.8×10541K原子（簡(jiǎn)并原子團(tuán)比例大于80％）和1.5×1066L1原子(T/TF＜8％)。在光塞磁阱的射頻蒸發(fā)過程中，實(shí)驗(yàn)

4、還通過精確調(diào)節(jié)磁阱射頻蒸發(fā)冷卻過程，實(shí)現(xiàn)了磁阱的玻色-費(fèi)米的簡(jiǎn)并混合。
　　在實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的超流混合體后，首先通過分別確認(rèn)兩個(gè)組分均進(jìn)入超流態(tài)以及兩個(gè)超流體的空間重疊確認(rèn)了超流混合體的存在。然后通過觀測(cè)原子團(tuán)的空間分布，觀測(cè)到了兩種超流體之間的相互作用并通過理論計(jì)算給出了平均場(chǎng)的解釋。然后實(shí)驗(yàn)通過采用兩束藍(lán)失諧激光擾動(dòng)以改變勢(shì)阱形狀并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的勢(shì)阱，分別在單獨(dú)的41K BEC、6Li的分子BEC、6Li的BCS超流、以及41KBEC和

5、6Li BCS超流混合體中制備了量子化得渦旋陣列，并通過精確測(cè)量量子化渦旋的產(chǎn)生參數(shù)以及一系列的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，能夠觀測(cè)到41超流對(duì)6Li BCS超流中量子化渦旋的產(chǎn)生以及壽命都有著顯著的影響。
　　在本論文中還介紹了本人在2010年到2012年參與的自由空間量子通信實(shí)驗(yàn)和量子衛(wèi)星的部分工作。主要介紹了我們?cè)谇嗪：貐^(qū)實(shí)現(xiàn)了超過100km的量子糾纏分發(fā)和97km的量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一方面證實(shí)了即便在距離達(dá)到100km量級(jí)時(shí)依然能夠得