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(cè)量運(yùn)動(dòng)原子的位置是一個(gè)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(yùn)動(dòng)原子質(zhì)心波函數(shù)的測(cè)量等具有廣闊的應(yīng)用前景。得益于光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和手段的更新,原子位置的測(cè)量精度和空間分辨率也隨之提高,進(jìn)而掀起了測(cè)量原子位置理論和實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)量精度大約可以達(dá)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(shí)可行的原子局域化方案,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dá)100％。
　　首先

3、,研究了微波場驅(qū)動(dòng)的Y型四能級(jí)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(jí)Y型原子系統(tǒng),組成一個(gè)閉合型結(jié)構(gòu),使得原子系統(tǒng)的光學(xué)特性對(duì)驅(qū)動(dòng)場非常敏感,所以一個(gè)微波場連同三個(gè)駐波場可以極大地增強(qiáng)探測(cè)概率和局域的精度。當(dāng)原子通過相互正交的駐波場時(shí),光與原子的相互作用對(duì)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(cè)的精度和分辨率。原子在

4、波長立方體積內(nèi)被探測(cè)到的幾率能夠達(dá)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(jí)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(cè)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(jìn)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(shí)現(xiàn)高精度的三維原子局域。
　　最后,探