微波场中碱金属里德堡原子选择激发与相干控制

【摘要】：有效控制原子从一个量子态到另一个量子态的布居数跃迁和相干态囚禁，不仅对设计和控制化学反应过程及产物有重要作用，而且对原子光学和量子光学中特定量子态的制备、相干操控等具有重要意义。 本文应用B-样条函数和单电子原子模型势，求解碱金属原子的定态薛定谔方程，计算出自由碱金属原子的能级结构及波函数，并以零场波函数作为基矢，采用含时多态展开方法研究碱金属原子处于微波场下的激发跃迁，得到高激发态的布居数迁移，分析了啁啾率和振幅等参数对里德堡碱金属原子布居跃迁的影响。结果表明，只要选择合适的啁啾率和振幅等参数，就可以实现布居数在量子态间的完全跃迁，并进行了有益的讨论。 首先，计算出锂原子的能级值和波函数，所得能级值与量子亏损方法和其他模型势计算出来的能级值进行比较，所得结果符合得很好。然后计算出高激发态的能量，研究计算锂原子在频率啁啾微波场中量子态之间的布居数迁移特性。假设初始时刻，锂原子布居在n=70s态上，计算在不同的啁啾微波场中量子态之间的跃迁。得出结论，量子态的相干迁移与控制不仅和微波场的振幅有关，而且和微波场的频率参数有关；只有当振幅和频率参数选取适当时，才可以产生从初始态到目标态的完全跃迁。在跃迁中每个l态都起着至关重要作用，我们在进行量子态操纵和控制的时候，要考虑每个态的影响。 然后，计算钠原子的能级值和波函数，把钠原子布居在初始态上，计算钠原子在不同微波场中的激发跃迁及相干迁移，实现了量子态的操纵与控制。结果表明：选择合适的微波场，可以实现布居数在量子态之间的跃迁。 最后，计算了钾原子的能级值及波函数，计算了钾原子在啁啾微波场中多能级系统之间的量子态跃迁及每个l态的跃迁。 综上所述，通过对锂、钠、钾原子的能级结构及高激发态跃迁进行计算，可得出结论，含时多态展开方法结合B-样条函数和单电子原子模型势是有效研究微波场中碱金属原子性质的一种方法；选择合适的啁啾率、振幅等参数，可以使布居数有效的从初始态迁移到末态，实现布居数在量子态之间的完全迁移和量子态囚禁；在跃迁过程中，每个l态都起着至关重要作用。