激光冷卻俘獲中性鈉原子的實驗研究.pdf

1、在冷原子的科研研究領(lǐng)域，冷原子的制備無疑是所有基于冷原子研究的實驗的第一步，也是實驗?zāi)芊袢〉眠M一步研究的基礎(chǔ)，可以說冷原子的制備在整個冷原子相關(guān)實驗中起到?jīng)Q定性的作用。本文是關(guān)于激光冷卻俘獲中性鈉原子的實驗研究中制備鈉冷原子的詳細說明，其中包括整個真空系統(tǒng)的設(shè)計，用于激光冷卻中性鈉原子的各個激光束的生成光路，能夠產(chǎn)生589nm的激光源的選擇，以及二維磁光阱，塞曼減速器，三維磁光阱所需要的磁場的來源，最后說明了具體優(yōu)化哪些實驗參數(shù)使得在三

2、維磁光阱真空玻璃腔室中冷卻俘獲鈉原子數(shù)達到108。
　　本文首先介紹在冷原子以及超冷原子領(lǐng)域近年以來發(fā)展起來的一些成熟的新興技術(shù)，其中包括光晶格技術(shù)，F(xiàn)eshbach共振技術(shù)，原位成像，光學(xué)鎖相環(huán)，以及利用拉曼光耦合自旋態(tài)的方式產(chǎn)生的自旋-軌道耦合超冷原子氣體的技術(shù)等。這些技術(shù)極大的豐富的冷原子以及超冷原子的研究領(lǐng)域，使得越來越多的科研學(xué)者投身到物理學(xué)前沿領(lǐng)域探索物理世界未知的美麗與精彩。
　　接著引入本文的研究對象鈉原子，

3、說明了為什么選取鈉原子作為我們的實驗研究對象，介紹了冷卻俘獲鈉原子的真空系統(tǒng)，說明了真空系統(tǒng)的各個組成部分，以及每一部分的功能以及作用，各個部分直接如何相互銜接，使得鈉原子最終被冷卻俘獲到三維磁光阱真空玻璃腔室中，其中的亮點是鈉源在真空系統(tǒng)中的放置。
　　其次本文介紹了用于冷卻俘獲鈉原子的激光系統(tǒng)。我們實驗上冷卻俘獲鈉原子的基本手段是磁光阱和塞曼減速器的相互配合，采用二級冷卻的方法，首先是二維磁光阱和塞曼減速器首先冷卻俘獲一部分鈉

4、原子，然后將這些冷原子源通過一束推送光束經(jīng)由差分管被推送到三維磁光阱真空玻璃腔室中再次被冷卻俘獲。目前市場上并沒有直接產(chǎn)生589nm的二極管激光器，而可以直接產(chǎn)生589nm的染料激光器不符合我們的實驗要求，最終我們采用激光倍頻技術(shù)獲得冷卻俘獲鈉原子的激光光源。接著在文章中詳細介紹了如何規(guī)范安全的開啟和關(guān)閉激光器，真?zhèn)€實驗光路圖的設(shè)計以及用于冷卻俘獲鈉原子的各個激光束的頻率失諧的設(shè)置問題。
　　緊接著介紹我們在實驗中冷卻俘獲中性鈉原

5、子的亮點四極磁場的設(shè)計，我們并沒有采用傳統(tǒng)的使用亥姆霍茲線圈通過通以恒定電流產(chǎn)生穩(wěn)定四極磁場的傳統(tǒng)設(shè)計，而是選用由永磁鐵構(gòu)成的永磁鐵組產(chǎn)生我們實驗所需要的用于二維磁光阱和塞曼減速器的磁場。這樣使得整個二維磁光阱和塞曼減速器對鈉原子的冷卻俘獲裝置變得更加簡潔，在確保實驗效果的前提下。
　　之后介紹我們在三維磁光阱真空玻璃腔室中看到初次被冷卻俘獲的鈉原子后通過合理優(yōu)化各個實驗參數(shù)，其中包括塞曼減速冷卻光的頻率失諧量，塞曼減速冷卻光的偏