發(fā)布時(shí)間：2017-12-30 03:23

  本文關(guān)鍵詞：新穎高效Stark減速器與冷分子靜電囚禁的理論研究　出處：《華東師范大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：經(jīng)過近二十年的發(fā)展,冷分子作為一門新興的學(xué)科受到了越來越多科學(xué)工作者的關(guān)注,這基于其在高分辨光譜和基本物理常數(shù)的精密測量,冷化學(xué)和冷碰撞,以及量子計(jì)算等諸多領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用。而如何高效制備冷分子束源是許多實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。到目前為止,像靜電Stark減速,Zeeman減速,緩沖氣體冷卻,以及最新的分子激光冷卻等等技術(shù)在實(shí)驗(yàn)上已越來越成熟,而本文主要致力于利用靜電Stark減速技術(shù)來制備冷分子,以及將制備的冷分子囚禁于芯片表面靜電阱中的研究。首先,我們提出了一種簡單而又高效的靜電Stark減速新方案。該方案在傳統(tǒng)減速器的基礎(chǔ)上,增加了橫向的聚束作用。我們計(jì)算了空間的電場分布,并通過對|J,KM=|1,-1)態(tài)ND3分子的動力學(xué)過程進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)當(dāng)106個(gè)初始320m/s的ND3分子經(jīng)過108級,長度為486mm的減速器后,末速度被減到了6m/s,在該低速下我們獲得的冷分子數(shù)目為4.5×103。接著通過與傳統(tǒng)減速器s=1模式,s=3模式和travelling-wave減速器方案的詳細(xì)對比,我們發(fā)現(xiàn)：對于傳統(tǒng)減速器s=1模式,我們方案獲得的冷分子數(shù)目是它的7-10倍；而對于傳統(tǒng)減速器s=3模式,在低速時(shí),我們方案獲得的冷分子數(shù)目比它大了兩個(gè)數(shù)量級；即使與公認(rèn)完美的travelling-wave減速器方案對比,我們方案也不遜色。對于輕分子(如ND3分子)的成功減速,激勵(lì)了我們不僅僅滿足于此,我們將目光投向了質(zhì)量更大的重原子分子(如PbF分子)或者電偶極矩更小的輕分子(如NO分子)。尤其是PbF分子,它在電子電偶極矩的精密測量中扮演著重要的角色。因此,我們首先對其的Stark shift和不同轉(zhuǎn)動態(tài)下布居數(shù)分布進(jìn)行了計(jì)算,選擇適合減速的弱場搜尋態(tài)J=5/2和J=7/2進(jìn)行模擬,利用我們改進(jìn)后的減速器,得到了兩個(gè)態(tài)下的減速效率分別為1.5×104和4.5×104。為了進(jìn)一步聚焦和冷卻PbF分子,我們還進(jìn)行了bunch操作,得到了縱向速度分布寬度為0.69m/s,相應(yīng)的溫度為2.35mK的冷分子束。最后,我們提出的減速器還能實(shí)現(xiàn)電偶極矩極小的NO分子的有效減速。當(dāng)相位角為540,初始速度為315m/s的NO分子經(jīng)過1040級減速器后,末速度被減到了28m/s。尤其是在低速下,我們的減速器具有更好的橫向穩(wěn)定性。這與傳統(tǒng)減速器相比,我們的方案能獲得更多的冷分子。接著,我們又提出了一種新穎的芯片表面靜電Stark減速器方案,該方案在Meijer小組芯片表面減速器方案的基礎(chǔ)上增加了四極桿導(dǎo)引功能,利用有限元軟件,我們計(jì)算了減速器內(nèi)的兩個(gè)橫向的勢阱深度以及縱向的減速深度。由于四極桿較強(qiáng)的橫向?qū)б饔?我們得到了x方向的阱深可達(dá)2K以上,即使對于較弱的y方向上的阱深也有400mK左右,而在減速電極電壓為+8kV的條件下,縱向的減速深度為0.17cm-1。然后我們利用3D-Monte-Carlo方法,模擬了|J,KM=|1,-1)態(tài)的ND3分子的動力學(xué)過程,初始106個(gè)分子經(jīng)過400級電極減速后,末速度從320m/s減到了8m/s,相應(yīng)的減速效率為0.18%。最后,我們還提出了一種芯片表面靜電囚禁方案,用于囚禁Stark減速器制備的冷分子。我們首先計(jì)算了芯片表面空間的電場分布和ND3分子的有效囚禁勢,然后分析了幾何參數(shù)對囚禁中心高度和有效囚禁勢的影響。接著我們以|J,KM=|1,-1)態(tài)的ND3為例,利用3D-Monte-Carlo方法,模擬了其裝載和囚禁的動力學(xué)過程,得到了最優(yōu)的裝載效率和冷分子在囚禁阱中的初末速度分布情況。研究表明：當(dāng)ND3分子的初始縱向速度為12.5m/s,裝載時(shí)間loading為0.829ms,其最大的裝載效率可達(dá)11.5%,相應(yīng)阱中被囚禁的冷分子溫度為26.4mK。另外,我們還簡單模擬了一種由U型電極所構(gòu)成的表面靜電阱的方案,驗(yàn)證了其可行性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O431.2

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本文編號：1353133