基于自發(fā)輻射相干的三維原子局域化的研究.pdf

1、近些年來,激光物理學(xué)領(lǐng)域中關(guān)于精確測量運動原子的位置是一個需要重要攻克的難題,已經(jīng)吸引了業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注和持續(xù)的研究。三維原子局域化在原子自由度的光學(xué)控制方面如激光冷卻、原子光刻以及運動原子質(zhì)心波函數(shù)的測量等具有廣闊的應(yīng)用前景。得益于光學(xué)技術(shù)的進步和手段的更新,原子位置的測量精度和空間分辨率也隨之提高,進而掀起了測量原子位置理論和實驗研究的高潮。獲取原子局域化的方案有許多種。起初人們根據(jù)駐波場與原子的相互作用,以測量原子駐波場的相移或者原

2、子偶極距相移的方法獲取;其后人們逐漸開始利用原子的位置與原子內(nèi)部態(tài)的糾纏以及共振投影的方法獲取;再后來科研人員基于光吸收掩膜板的方案發(fā)現(xiàn)測量精度大約可以達到10納米;最近越來越多的研究者基于原子相干和量子干涉效應(yīng)提出了諸多切實可行的原子局域化方案,實現(xiàn)了運動原子亞波長乃至亞半波長范圍內(nèi)的局域化。本文主要利用原子的自發(fā)輻射相干來研究運動原子的三維局域化,通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參量,在立方波長的三維空間里找到原子的幾率可達100％。
　　首先

3、,研究了微波場驅(qū)動的Y型四能級原子系統(tǒng),利用自發(fā)輻射相干獲取三維原子的局域化。在該方案中,使用微波場和駐波場作用于四能級Y型原子系統(tǒng),組成一個閉合型結(jié)構(gòu),使得原子系統(tǒng)的光學(xué)特性對驅(qū)動場非常敏感,所以一個微波場連同三個駐波場可以極大地增強探測概率和局域的精度。當(dāng)原子通過相互正交的駐波場時,光與原子的相互作用對原子在三維空間的位置有很大影響,通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)例如相位、振幅和初始粒子數(shù)分布,可以顯著改變?nèi)S原子的位置檢測的精度和分辨率。原子在

4、波長立方體積內(nèi)被探測到的幾率能夠達到100％。
　　接下來,分析了基于自發(fā)輻射的Tripod型原子系統(tǒng)的三維原子局域化。原子相干以及量子干涉效應(yīng)可來源于多能級原子和相干光場、靜電場等的相互作用,其可以有效地調(diào)控自發(fā)輻射。采用弱探測場和相互正交的駐波場組合作用于Tripod型原子系統(tǒng)的躍遷。在駐波場三維空間里,原子與光場的相互作用可進行調(diào)制,因此原子的位置信息也可由自發(fā)輻射光譜提供,可以實現(xiàn)高精度的三維原子局域。
　　最后,探