磁光阱中單原子的冷卻與俘獲研究.pdf

1、基于原子冷卻與俘獲的單原子制備及其光學(xué)操控正在使人類對物質(zhì)的性質(zhì)以及運動狀態(tài)有著更深入、更徹底的了解，目前已成為量子光學(xué)和冷原子物理領(lǐng)域的一個交叉熱點，也是對現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的一種挑戰(zhàn)和超越。基于原子冷卻與俘獲，研究單個原子的有效制備及觀測途徑，研究對于單個原子的外部自由度及內(nèi)部自由度的光學(xué)操控，在此基礎(chǔ)上研究與背景環(huán)境充分隔離的單原子的輻射特性，單原子的量子態(tài)制備及控制，基于單原子操控的單光子源，單原子在自由空間以及受限空間（小型乃至微型

2、光學(xué)諧振腔）與光場的相互作用以及原子與光子的量子糾纏等，這些研究對于在單原子單光子水平上進行信息編碼以及信息處理有著重要的意義和潛在的應(yīng)用前景。
　　本文主要研究的內(nèi)容是大磁場梯度磁光阱中單個銫原子的冷卻與俘獲及實驗觀測。對于阱中單原子的觀測，是一個非常有挑戰(zhàn)性的問題。由于其信號極其微弱，所要求的測量靈敏度必須非常高。實現(xiàn)磁光阱中單原子信號的觀測，將為下一步對俘獲的單原子進行光學(xué)操控奠定堅實的基礎(chǔ)。本文主要分為以下幾個部分:

3、>　　1、分析了在磁光阱中俘獲單原子的條件，通過降低真空氣室的壓力、四極磁場的軸向梯度、減小光場光束直徑等方法，降低磁光阱的裝載率，減少阱中原子的平均數(shù)目。
　　2、建立了單原子磁光阱的實驗裝置。組裝并調(diào)試了超高真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)的壓力長期穩(wěn)定在～1×10-10Torr。搭建了磁光阱光路。運用無調(diào)制偏振光譜的方法實現(xiàn)了冷卻/俘獲激光器的頻率鎖定。通過阿侖方差來評價激光器的頻率穩(wěn)定度，并與飽和吸收譜鎖頻的結(jié)果做了比較。平均時間τ=3

4、00秒時方差值為σy(τ)=4.6×10-12。
　　3、搭建了單原子磁光阱的熒光收集及探測系統(tǒng)。在大磁場梯度下測量了單原子熒光的階梯狀信號。階梯信號可以反映出單個原子進入及逃離磁光阱的情況，并可以推斷出阱中原子的數(shù)目。在此基礎(chǔ)上，對原子數(shù)目的概率分布進行統(tǒng)計。分析了單原子熒光信號的噪聲來源。測量了激光器功率起伏及頻率起伏，討論了這種起伏對單原子熒光信號的信噪比的影響，并提出了改善信號信噪比的途徑。
　　4、對大磁場梯度單原