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《山西大学》 2018年
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最低振动基态超冷~(85)RbCs分子的光学俘获及微波操控

李中豪  
【摘要】:近年来,基态超冷分子尤其是基态超冷异核分子的制备及操控已经引起人们的广泛关注。这些基态异核分子存在固有的电偶极矩(零点几甚至几个Debye),因而可以通过分子间的强的偶极-偶极作用力与外场进行强的耦合。这些独特的性质,使得超冷异核分子在多个领域内具有广泛的应用前景,包括基于超冷分子的精密测量、量子态控制的超冷化学、量子模拟和量子计算、分子玻色-爱因斯坦凝聚、多体物理研究以及新奇量子气体(拓扑-超流体、低熵气体等)的制备等。以超冷混合原子样品为基础,结合光缔合或者磁缔合技术手段将超冷原子缔合形成分子,是目前制备超冷基态极性分子的主要技术手段。尤其是光缔合技术操作简单方便,能够连续产生基态分子,是人们制备超冷分子的有效途径。本文是基于光缔合的方法,获得最低振动基态超冷~(85)RbCs分子,并围绕分子的探测,俘获和操控进行了一系列系统的研究。具体来讲,即采用短程光缔合的方法,直接制备获得最低振动基态~(85)RbCs分子;采用灵敏的光电离与高分辨的损耗光谱技术,实现振转基态分子的高灵敏探测;利用光学俘获技术,获得长寿命、高密度的最低振动基态~(85)RbCs分子样品;利用微波耦合分子转动能级,实现最低振动基态~(85)RbCs分子的內态操控。本文的主要研究内容概括如下:一、采用单色与双色光电离探测的方法,实现最低振动基态~(85)RbCs分子的高灵敏探测。通过单色、双色光电离探测过程,确认不同探测机制涉及的分子能级,同时对两种探测机制的优缺点进行对比,并结合多光子电离模型,获得相应的电离率常数。二、基于工作一,进一步引入窄线宽连续损耗光谱技术,将探测分辨率由振动分辨(GHz量级)提高至转动分辨(MHz量级),并实现最低振转基态~(85)RbCs分子高分辨探测;在此基础上,确认分子制备过程中的双光子级联辐射弛豫过程。通过离子数校准,获得当前条件下最低振转基态~(85)RbCs分子的产率。三、采用1070 nm高功率光纤激光器,搭建远失谐交叉式光学偶极阱,实现最低振动基态~(85)RbCs分子的光阱俘获,系统研究基态分子光阱中的动力学过程(分子的装载、维持过程)。通过观测超冷~(85)Rb(Cs)原子样品与最低振动基态超冷~(85)RbCs分子的非弹性碰撞过程,获得相应的非弹性碰撞系数。通过减弱原子-分子间的非弹性碰撞的影响,最终将最低振动基态超冷~(85)RbCs分子的寿命由普通暗磁光阱中的ms量级提高至100 ms量级。在此基础上,对基态分子再布居过程进行了相应实验探究。四、将连续损耗光谱技术与微波转移技术相结合,实现最低振动基态~(85)RbCs分子不同转动能级之间的有效操控,获得高分辨率的分子转动能级微波谱。与已有的损耗光谱相比,获得的最低振动基态超冷~(85)RbCs分子转动常数由MHz提高至10 kHz量级;观测到相邻转动能级的相干拉比振荡,实现最低振动基态超冷~(85)RbCs分子内态的相干操控。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O561

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