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采用载流导体的原子磁导引及其原子光学器件

刘南春  
【摘要】: 本文简单介绍了中性原子导引的研究背景及其发展。中性原子的导引和操控 依赖于光场(或磁场)与原子之间的相互作用。本文就各种不同的原子激光导引和 磁导引方案进行了分类与综述,并就中性原子导引技术的应用及原子光学的重要 元器件之一“原子分束器”作了较为详细的介绍。 本文提出了采用V-型载流导体和U-型载流导体实现中性原子磁导引的新方 案。在V-型载流导体方案中,首先计算了磁场在导引中心处沿z轴方向和x方 向上的分布,分析了磁场空间分布与载流导体参数之间的关系,给出了几个拟合 公式。其次,分析了被导引原子在磁场中的受力与V-型载流导体不同参数之间 的关系。最后,利用V-型载流导体构建了多种原子光学器件,例如原子漏斗, 原子分束器和原子干涉仪等。在U-型载流导体方案中,首先计算了U-型载流导 体所产生的磁场分布及其与载流导体参数的关系。通过对横向磁场的计算和分 析,发现U-型载流导体方案既可以实现单通道原子磁导引,也可以实现双通道 原子磁导引。形状参数β=b/a的大小决定了磁导引通道的数目,其关键值为 0.5389。本文也计算了单通道磁导引情况下,原子导引效率和电流、原子束横向 温度之间的关系,并采用U-型载流导体构建了多种原子光学器件。 本文提出了一种采用在y方向上加一偏置磁场来实现分束比可控的新颖原 子分束器,并从磁场分布和导引中心轨迹两个方面,详细分析和讨论了基于U- 型载流导体所构建的原子分束器的分束机制。同时,采用经典的Monte-Carlo方 法,模拟了该原子分束器中被导引原子束的分束过程,研究了导引过程中原子束 的横向绝热冷却和加热效应,并采用简单的理论模型解释了上述Monte-Carlo结 果,得到了一些重要并且十分有趣的结果。 本文运用冷原子在单通道磁导引中的薛定谔波动方程,求解了在考虑原子间 相互作用和不考虑原子间相互作用两种情况下的波函数,并计算了在不考虑原 子相互作用情况下原子基态波函数的尺寸。利用在U-型载流导体基础上构建的 原子干涉仪,讨论了双通道磁导引中物质波波函数的近似求解。此外,还分析了 干涉过程中横向波函数的演化,并给出了物质波通过干涉仪后的干涉条纹。最后, 给出了原子在基于V-型和U-型载流导体构建的原子漏斗中所感受到的囚禁势的 摘要 采用漂流导体的原子@易引及其原于光学器件 近似分分,并采用类似于光场相干性的分析方法,计算了超冷原子物质波的基进 波函数及其在原子漏斗中传播时相干性的演化,得到了物质波的一阶、二阶、三 阶和高阶相于度。


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