原子冷却及量子相干导致的双光子吸收的研究

【摘要】：原子的冷却与俘获是一个活跃的研究领域，70年代初人们就开始了原子束减速的实验和理论研究。本文简要回顾了冷原子的发展历程，并详细叙述了实验室铷原子汽室磁光阱的建立和铷原子的俘获过程；还详细介绍了通过冷原子短程飞行吸收光谱信号推测冷原子温度的基本原理，并且对用于冷原子温度测量的理论公式与近似公式进行了误差分析与比较。以冷原子作为介质，分析计算了N型四能级原子中量子相干效应对探针光极化率的影响，结果表明在合适的共振条件下，量子相干在消除线性吸收的同时，可增强N型四能级原子介质的双光子吸收效应。 本文的工作分为两个部分：(一) 我们采用注入锁定技术获得了波长为780nm，输出功率约60mw的高功率单模窄线宽的冷却光源，采用磁光阱系统实现了Rb原子的冷却与俘获，并且在短程飞行吸收光谱推测冷原子团温度的基本理论基础上对用于冷原子温度测量的理论拟合公式与近似拟合公式的误差进行了分析和比较。 (二) 用半经典理论，分析了N型四能级原子中量子相干效应对探针光极化率的影响。研究表明：在系统的双光子频率失谐△_2=(ω_p—ω_c)—(ω_2—ω_1)和三光子频率失谐△_3=(ω_p—ω_c+ω_p)—(ω_4—ω_1)趋近零时，相干原子介质对探针光的线性吸收(单光子吸收)显著的降低，非线性双光子吸收显著增大。当两基态的无辐射跃迁速率γ_(12)与激发态自发辐射速率γ之积远小于探针光拉比频率Ω_(p2)的平方(γ*γ_(12)Ω_(p2)~2时，介质对探针光的双光子吸收将远大于单光子吸收。这一效应可用于产生相干单光子辐射。