磁光阱中單原子的冷卻與俘獲研究.pdf

1、基于原子冷卻與俘獲的單原子制備及其光學(xué)操控正在使人類對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有著更深入、更徹底的了解，目前已成為量子光學(xué)和冷原子物理領(lǐng)域的一個(gè)交叉熱點(diǎn)，也是對(duì)現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的一種挑戰(zhàn)和超越?；谠永鋮s與俘獲，研究單個(gè)原子的有效制備及觀測(cè)途徑，研究對(duì)于單個(gè)原子的外部自由度及內(nèi)部自由度的光學(xué)操控，在此基礎(chǔ)上研究與背景環(huán)境充分隔離的單原子的輻射特性，單原子的量子態(tài)制備及控制，基于單原子操控的單光子源，單原子在自由空間以及受限空間（小型乃至微型

2、光學(xué)諧振腔）與光場(chǎng)的相互作用以及原子與光子的量子糾纏等，這些研究對(duì)于在單原子單光子水平上進(jìn)行信息編碼以及信息處理有著重要的意義和潛在的應(yīng)用前景。
　　本文主要研究的內(nèi)容是大磁場(chǎng)梯度磁光阱中單個(gè)銫原子的冷卻與俘獲及實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。對(duì)于阱中單原子的觀測(cè)，是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。由于其信號(hào)極其微弱，所要求的測(cè)量靈敏度必須非常高。實(shí)現(xiàn)磁光阱中單原子信號(hào)的觀測(cè)，將為下一步對(duì)俘獲的單原子進(jìn)行光學(xué)操控奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要分為以下幾個(gè)部分:

3、>　　1、分析了在磁光阱中俘獲單原子的條件，通過(guò)降低真空氣室的壓力、四極磁場(chǎng)的軸向梯度、減小光場(chǎng)光束直徑等方法，降低磁光阱的裝載率，減少阱中原子的平均數(shù)目。
　　2、建立了單原子磁光阱的實(shí)驗(yàn)裝置。組裝并調(diào)試了超高真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)的壓力長(zhǎng)期穩(wěn)定在～1×10-10Torr。搭建了磁光阱光路。運(yùn)用無(wú)調(diào)制偏振光譜的方法實(shí)現(xiàn)了冷卻/俘獲激光器的頻率鎖定。通過(guò)阿侖方差來(lái)評(píng)價(jià)激光器的頻率穩(wěn)定度，并與飽和吸收譜鎖頻的結(jié)果做了比較。平均時(shí)間τ=3

4、00秒時(shí)方差值為σy(τ)=4.6×10-12。
　　3、搭建了單原子磁光阱的熒光收集及探測(cè)系統(tǒng)。在大磁場(chǎng)梯度下測(cè)量了單原子熒光的階梯狀信號(hào)。階梯信號(hào)可以反映出單個(gè)原子進(jìn)入及逃離磁光阱的情況，并可以推斷出阱中原子的數(shù)目。在此基礎(chǔ)上，對(duì)原子數(shù)目的概率分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。分析了單原子熒光信號(hào)的噪聲來(lái)源。測(cè)量了激光器功率起伏及頻率起伏，討論了這種起伏對(duì)單原子熒光信號(hào)的信噪比的影響，并提出了改善信號(hào)信噪比的途徑。
　　4、對(duì)大磁場(chǎng)梯度單原