量子微腔中冷原子动力学的研究

【摘要】：近来随着原子光学技术的发展,可以利用超小尺度量子微腔中的电磁场来控制原子的动力学行为。 本论文应用原子与激光场相互作用的量子理论研究了量子微腔中激光冷却原子的动力学。 本论文建立了量子微腔中激光场与冷原子相互作用模型,给出缀饰态原子(dressed atoms)的本征函数及能量本征值。分析了二能级原子、三能级原子被真空腔场捕陷的条件。通过应用高阶量子绝热似理论(HOAA)研究了量子微腔中腔场与原子相互作用的绝热动力学及其非绝热修正,定量地阐述了实现原子俘获的绝热近似条件。 本论文建立了单模光场与考虑到质心运动的二能级冷原子相互作用模型并给出了精确的解析解,讨论了能量和动量在光子与二能级冷原子之间的迁移过程,给出Dressed态下能量和动量转移量随时间t变化公式。分析了质心运动的多普勒效应和光子反弹对超冷原子演化动力学的影响。研究了双模腔场和二能级原子质心运动交换动量过程,得到了通过控制双模腔场的光子数,原子质心运动可同时吸收和发射多个光子的结论。从而可实现较大的原子质心动量交换。 把高阶量子绝热似理论(HOAA)与Born-Oppenheimer(BO)近似有机地结合起来,建立了一套处理快-慢自由度复合量子系统演化的准绝热近似方案,从整个系统的动力学出发,对质心运动参量用Heisenberg表象描述,从而在半经典极限下得到质心运动的正确轨迹,对场—原子内部能级部分我们采用Schr(?)dinger表象描述,从而方便地应用高阶量子绝热近似方法。分析了原子质心运动对原子中电子-光场系统动力学影响的高阶效应。 应用作者建议的在海森堡表象求解薛定锷表象中波函数的一般方法分析了量子微腔中两能级玻色子原子与单模腔场相互作用的玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)过程的动力学问题。给出了微腔中原子在BEC状态下的波函数;并分析了微腔中决定玻色—爱因斯坦凝聚的稳定性因素及量子跃迁的选择定则。