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采用半高斯光束的重力光学表面势阱及其强度梯度冷却

解春霞  
【摘要】:本文简单介绍了中性原子的激光冷却与囚禁,主要介绍了中性原子的强度梯度冷却和实现冷原子囚禁的蓝失谐光学势阱,并介绍了光学原子反射镜的基本原理和两种光学原子反射镜的方案,即消逝波原子反射镜和半高斯光束原子反射镜。同时还介绍了原子干涉仪的基本原理、及两大类型的原子干涉仪:德布罗意原子干涉仪和内态原子干涉仪的几种实验方案以及实验结果。 本文提出了一种新颖的重力光学表面光阱的新方案,它采用的聚焦半高斯光束反射镜具有消逝波强度梯度力高的优点,同时克服了消逝波的范德瓦儿斯吸引势的弊端,同时具有很高的光学势。根据衍射理论,我们计算了聚焦半高斯光束反射镜在x方向的相对强度分布,给出了相对衍射光强与高斯光束光腰的关系,发现强度梯度与光腰几乎没有什么关系。为了计算聚焦的半高斯光束光场反射原子的光学势、偶极力以及后面对原子冷却结果的模拟,我们拟合了反射镜表面附近绝对光强分布。分析了原子在这种原子反射镜构成的重力光学表面光阱中的冷却原理,给出了理论计算结果,同时采用Monte-Carlo方法模拟了原子最终的平衡动量(即冷却温度)。给出了在重力光学表面光阱中原子云的高度以及水平位置随时间的演化。为了研究原子的最终平衡动量与激光功率P、激光失谐δ以及MOT高度的关系,我们进行了详细的Monte-Carlo,给出了原子平衡动量随P和δ的演化关系。 当y方向上的束腰与高斯光束的束腰相同时,椭圆高斯光束的横截面积较小,所以,在相同的入射功率下,半椭圆高斯光束的绝对光强以及光学势和强度梯度力都要高于半高斯光束的。因此,我们将高斯光束改为椭圆高斯光束,计算了绝对光强、光学势、以及强度梯度力,同时也给出了蒙特卡罗模拟的结果。研究发现半椭圆高斯光束的冷却效果要比半高斯光束的好,而且所需要的冷却时间更短。


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