【摘要】：里德堡原子具有較長(zhǎng)的壽命、較大的極化率、較小的結(jié)合能、以及原子間很強(qiáng)的長(zhǎng)程相互作用等奇特性質(zhì),這使得里德堡原子成為物理和化學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。里德堡三能級(jí)階梯型EIT將里德堡原子的性質(zhì)通過(guò)光場(chǎng)得以表現(xiàn),使得以光場(chǎng)探測(cè)為基礎(chǔ)的里德堡原子EIT效應(yīng)在微波電場(chǎng)測(cè)量、量子計(jì)算機(jī)、單光子源以及量子糾纏等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由于在里德堡EIT的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,原子始終處于束縛態(tài),這就為研究里德堡原子的性質(zhì)提供了一種全新的、無(wú)損的探測(cè)手段,也提供了一種測(cè)量里德堡原子間相互作用的方法。俘獲損耗光譜(Trap loss spectroscopy)技術(shù)是超冷分子光譜研究領(lǐng)域常用的一種測(cè)量手段,特別是在通過(guò)光締合效應(yīng)產(chǎn)生超冷分子的過(guò)程中,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超冷分子振轉(zhuǎn)能級(jí)光譜的高分辨測(cè)量、銫原子-分子超精細(xì)躍遷的二極管激光器絕對(duì)頻率的穩(wěn)定、分子轉(zhuǎn)動(dòng)系數(shù)測(cè)量等。將俘獲損耗光譜(Trap loss spectroscopy)技術(shù)用來(lái)研究里德堡原子,為探究里德堡原子的性質(zhì)提供了一種新的、無(wú)損的、簡(jiǎn)易的方法,同時(shí)此方法也可以用來(lái)研究里德堡原子的激發(fā)阻塞效應(yīng)。本文以銫原子為實(shí)驗(yàn)樣品,在兩種環(huán)境下對(duì)47D態(tài)的精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜進(jìn)行了研究。一方面在熱原子系統(tǒng)中,利用兩束對(duì)射的光作用到銫原子上,形成階梯型三能級(jí)(6S_(1/2)→6P_(3/2)→nD_(3/2,5/2))系統(tǒng),利用超穩(wěn)腔將弱探測(cè)光鎖定到(6S_(1/2)(F=4)→6P_(3/2)(F’=5))的共振線上,掃描510 nm激光器頻率,探測(cè)47D態(tài)精細(xì)結(jié)構(gòu)的EIT光譜;另一方面,在冷原子系統(tǒng)中,搭建了磁光阱系統(tǒng)俘獲冷原子,利用俘獲損耗光譜(Trap loss spectroscopy)探測(cè)47D態(tài)精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜。具體內(nèi)容如下:一、在室溫條件下,以銫原子為實(shí)驗(yàn)樣品,利用弱探測(cè)光實(shí)現(xiàn)了6S_(1/2)→6P_(3/2)態(tài)的躍遷,并利用超穩(wěn)腔將其頻率鎖定,頻率穩(wěn)定度≤100 KHz,利用強(qiáng)的510 nm耦合光實(shí)現(xiàn)原子6P_(3/2)→nD_(3/2,5/2)的躍遷,在nD態(tài)附近掃描激光器頻率,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中利用PID對(duì)兩束光的功率進(jìn)行了穩(wěn)定,使功率抖動(dòng)≤1%。在兩束作用光不同的偏振組合條件下,測(cè)量了47D_(5/2)/47D_(3/2)信號(hào)的強(qiáng)度比,并從理論上對(duì)里德堡EIT的Bloch方程進(jìn)行求解,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論計(jì)算,其中理論計(jì)算考慮了光泵浦效應(yīng),可以看出理論和實(shí)驗(yàn)較為吻合。二、介紹了超冷銫原子磁光阱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置,并對(duì)實(shí)驗(yàn)的重要技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹;介紹了吸收成像的原理,技術(shù),結(jié)果以及獲得的原子團(tuán)參數(shù)。三、研究了超冷銫原子的俘獲損耗光譜(Trap loss spectroscopy)。實(shí)驗(yàn)中利用透鏡收集原子6P_(3/2)→6S_(1/2)的自發(fā)輻射熒光,再利用一束連續(xù)的510 nm激發(fā)光將6P_(3/2)的原子激發(fā)到47D態(tài)里德堡態(tài),觀測(cè)6P_(3/2)→6S_(1/2)的熒光光譜變化,并從理論上對(duì)三能級(jí)系統(tǒng)的Bloch方程進(jìn)行求解,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算進(jìn)行比較,在激發(fā)光較弱時(shí)理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為吻合,激發(fā)光較強(qiáng)的時(shí)候,由于里德堡原子間強(qiáng)相互作用導(dǎo)致的激發(fā)阻塞效應(yīng)導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)出現(xiàn)飽和,這為我們研究里德堡原子間相互作用提供了一種新的方法。本文的創(chuàng)新之處:一、利用里德堡原子EIT效應(yīng)無(wú)損探測(cè)手段研究了47D態(tài)精細(xì)結(jié)構(gòu)的躍遷強(qiáng)度比。具體研究了激光偏振、功率對(duì)躍遷強(qiáng)度的影響。二、利用俘獲損耗光譜(Trap loss spectroscopy)技術(shù)探測(cè)了47D態(tài)的熒光光譜,并得出激發(fā)光較弱時(shí),47D_(5/2)/47D_(3/2)熒光損失信號(hào)的比值與激發(fā)光功率成線性關(guān)系,為研究里德堡原子間相互作用提供了一種新的方法。
【圖文】：

第一章 引言透明（EIT）現(xiàn)象是一種典型的量子相干效應(yīng)[27]，本色散性質(zhì)，從而使得介質(zhì)對(duì)探測(cè)光減小吸收甚至完全下介質(zhì)的吸收與色散關(guān)系如圖 1.1 所示[28]。 EIT 效應(yīng)被首次提出[29]，并于 1991 年在實(shí)驗(yàn)上成功，人們?cè)诶碚摵蛯?shí)驗(yàn)方面進(jìn)行了大量的研究，在非線應(yīng)[33]，，光子存儲(chǔ)[34,35]以及高靈敏場(chǎng)探測(cè)[36-39]等方面都組 2007 年首次在 Rb 原子蒸氣池中觀測(cè)到了里德堡原種無(wú)損的，非破壞性且非常靈敏的里德堡態(tài)探測(cè)方法、里德堡原子與外場(chǎng)相互作用[18][42]以及里德堡激發(fā)光本文通過(guò)這種無(wú)損，高靈敏的 EIT 光譜方法，系統(tǒng)地構(gòu)光譜。

第二章 里德堡原子躍遷強(qiáng)度比測(cè)量的相關(guān)理論章 里德堡原子躍遷強(qiáng)度比測(cè)量的相和 Harris 等人在 1989 年首次提出了 EIT 現(xiàn)象[21] Sr 原子的 EIT 光譜[22]，由于其較高的靈敏度使。本章主要介紹了階梯三能級(jí)的相關(guān)理論，并從探測(cè)的理論公式。相互作用的哈密頓量型三能級(jí)系統(tǒng)如圖 2.1 所示，由基態(tài)|g ，中間態(tài)成，其中 852 nm 激光實(shí)現(xiàn)從 6S1/2到 6P3/2的躍態(tài)的躍遷，ωp和ωc分別為 852 nm 和 510 nm 間態(tài)和里德堡態(tài)的頻率失諧。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O562

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本文編號(hào)：2675615