激光冷卻和波色-愛因斯坦凝聚_百度文庫(kù)匯總

1、激光冷卻和波色愛因斯坦凝聚什么叫激光冷卻利用激光光子和原子間的動(dòng)量傳遞， 使原子 云 （團(tuán)）的速度分布范圍壓縮。利用激光光場(chǎng) 形成的勢(shì)阱對(duì)原子進(jìn)行捕陷 或囚禁。溫度溫度實(shí)際上反映了空氣中分子的運(yùn)動(dòng)能量的大小, 溫度越低，空氣分子平均動(dòng)能越小。根據(jù)氣體分子的麥克斯韋分布有_、_1i F(v,)=f-exp2叫不同溫度定義多普勒冷卻極限溫度參與冷卻激光冷卻力與冷卻過程中自發(fā)輻射引起的擴(kuò)散達(dá)對(duì)原子共同作用到平衡的Na 238piKRb 142|iKCs 120|K量子反沖極限溫度原子速度分布在一個(gè)光子反沖以內(nèi)，即kBTrech2k2Na 24pKRb 0.37pKCs 0lkKlmK-lpKInK-

2、? 41康普頓效應(yīng)(1923)當(dāng)看成微粒入射的X射線與物質(zhì)內(nèi)的電子撞 擊時(shí)，電子將使x射線微粒散射撞向至與入 射方向不同的方向上， 即x射線微粒改變運(yùn) 動(dòng)方向， 故其動(dòng)量發(fā)生變化。ha =(1-cosO)moc愛因斯坦躍遷理論(1916)受激吸收p=P + hk自發(fā)輻射受激輻射P2hk = P+hkhv = E2-E,hv =比 E1hv = E2- Et激光冷卻的發(fā)展歷史1933年由Firsch用鈉燈使鈉原子束發(fā)生略微的偏轉(zhuǎn)。1975年Hansch和Shawlow提出激光冷卻1978年Ashkin提出原子俘獲的想法1979年Balykin、Letokhov等碉啾激光原 子束減速1982年P(guān)h

3、illips等空間塞曼原子變頻原子束減速1985年朱棣文實(shí)現(xiàn)原子三維冷卻1986年實(shí)現(xiàn)三維原子捕獲(10YK)1987年亞多普勒冷卻(10-5K)1992年喇曼激光冷卻1994年相干布居數(shù)囚禁實(shí)驗(yàn)(10-7K)1995年實(shí)現(xiàn)波色-愛因斯坦凝聚(nK)原子?xùn)c的減速利用共振激光與原子?xùn)c對(duì)射，在原了受激吸收過 程中，光子的定向動(dòng)量傳給原子，使原子減速。然后，原子自發(fā)輻射回到基態(tài)，這時(shí)，發(fā)射光子 方向是任意的，從大量平均效果來說，自發(fā)輻射 對(duì)原子動(dòng)量改變貢獻(xiàn)為零。fluor&cancdb&arpilckf)dftar jbacrption需注意的兩個(gè)問題多普勒頻移原子減速過程中由于多普

4、勒效應(yīng)實(shí)際感受的 的頻傘為v = vQ+k P = i/0+Zrvcos0原子與光束反向吋，共振頻率向頻率較低處移動(dòng) （紅移）；同向時(shí)，共振頻率旬高處移動(dòng)（藍(lán) 移）。Using the Doppler Shift The light is Doppler shifted by the atom s motion What is Dopplereffect ?對(duì)于鈉原子束600。K,平均速度在1000米/秒，每吸收一個(gè)光子速度改變3厘 米/秒，需要吸收3X104個(gè)光子才能將原子 速度減至零。但由于多普勒效應(yīng)的影響，冷卻過程中原 子共振頻率是不斷變化的，原子吸收100個(gè) 光子由于多普勒頻移的改變就

5、會(huì)離共振。使冷卻過程終止。The speed of car is zeroIncrease the speed of car、母H S tutkrouad Uatj“on pier.)伽皿for demDs m the Uekrowui that ehare m each Pss.(a)(b)光抽運(yùn)原子基態(tài)是多重的，而作用光只能與其中 的一對(duì)基態(tài)和激發(fā)態(tài)共振，在自發(fā)輻射過 程中，原子又不一定回到基態(tài)，可能被龍 抽運(yùn)到其他基態(tài)能級(jí),從而使冷卻停止。3S謳F=13P3/2F=2光抽運(yùn)問題的解決1、 用多個(gè)頻率的光共 同作用F = 32 1Pd2_11o11011111111131b11 repum

6、pif11111111111111111f11fI2、用圓偏振光掃頻（碉啾）減速空間塞曼能級(jí)變化可以制造一空間變化的磁場(chǎng)，使塞曼能級(jí)變化抵消 冷卻引起的多普勒頻移變化多普勒冷卻4（A +好）+ （1 + ,F =avi2A/r蔦心/嚴(yán)+（1 +/Ler /WWW*Atom3、Laser/VX/VWVX-s=g-s=gAJAJe=e=毛5 5-4-2 0 NORMALIZED VELOCITY2kv/T% Aif4（A 熾）+（1 +/丿三維多普勒冷卻（光學(xué)粘膠）S.Chu 1985冷卻后原子的囚禁光陷阱利用光的偶極勢(shì)囚禁原子AAIsat缺點(diǎn)：有自發(fā)輻射存在的加熱效應(yīng)o) Photon obso

7、rption/emisaion Cycle fn two levelatom(bJ Cooling ofoGos of AtomsOptical -MolassestzztI1- LoocrBeamhkthe ground state=Tikm=riktom in theexcited slatespontaneousemissionXOhoton aborrlion in磁陷阱利用磁場(chǎng)空間變化囚禁原子U = R斤缺陷：在B=0附近原子會(huì)磁矩迷失，從而 發(fā)生逃逸。磁光陷阱EXSETUPdiTrappingExperimental Setup溫度測(cè)量飛行時(shí)間法通過測(cè)量原子云在自由下落過程中的擴(kuò)散

8、 情況，測(cè)量原子云中原子速度的分布情況, 從而求得溫度。0.0- - - yn020406080Time (ms)FIG. 16. The experimental TOF distribution (points) and thepredicted distribution curves for 40 “K and 240 /zK (thepredicted lower limit of Doppler cooling). The band around the40 “K curve reflects lhe uncertainty in ths measurement of thegeom

9、etry of the molasses and probe.多普勒冷卻的突破1985年美國(guó)NIST小組得到了一些用多普 勒理論無法解釋的結(jié)果。在磁光陷阱中得 到原子云的溫度低于多普勒極限溫度。與此同時(shí)，中科院上海光機(jī)所王育竹也在 原子束上觀察到一維冷卻低于多普勒極限 溫度的情況。圖8 6感應(yīng)冷卻的原理:的西西弗斯效應(yīng)原子在強(qiáng)駐波場(chǎng)中，由于斯塔克效應(yīng)能級(jí) 會(huì)隨場(chǎng)強(qiáng)變化，原子通常在走到基態(tài)頂部 更易吸收紅移光子到達(dá)激發(fā)態(tài)底部，而激 發(fā)態(tài)原子消耗動(dòng)能到達(dá)頂部，這時(shí)，自發(fā) 輻射的幾率最大，放出藍(lán)移光子，回到基 態(tài)低部，原子再消耗動(dòng)能爬上基態(tài)的低部, 再一次吸收紅移光子到達(dá)激發(fā)態(tài)底部。這 樣不斷吸收紅

10、移光子放出藍(lán)移光子使原子 動(dòng)能不斷消耗，而被冷卻。偏振梯度冷卻100.5Relative Frequency (MHz)-IG. 21.n opticalmolasses. The broad component corresponds to a emperature of 84 “K. whichcompares uell with the tempera- ure of 87 “K measured by TOF hi narrowcomponent in- licatcs a sub-wavelength localization of the atoms. T T靈號(hào)丄”T T - -3 3一十Heterodyne spectrum of fluorescence from Na atoms亞反沖極限冷卻速度選擇相干布居數(shù)囚禁原子存在一個(gè)與速度有關(guān)而與光無關(guān) 的黑態(tài)，可作為原子的囚禁態(tài)喇曼冷卻利用原子喇曼躍遷，對(duì)原子有速度選 擇的作用，從而達(dá)到冷卻原子的目的。速度選擇