本文關(guān)鍵詞： 冷分子 Stark效應(yīng) Zeeman效應(yīng) 有效哈密頓量 激光冷卻 磁光囚禁 電子電偶極矩測量　出處：《華東師范大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近三十年來冷原子技術(shù)飛速發(fā)展,取得了一系列重大成就,也使得相關(guān)領(lǐng)域發(fā)生了革命性的改變。然而分子具有更豐富的內(nèi)態(tài)結(jié)構(gòu),更具廣泛的應(yīng)用價(jià)值,例如異核雙原子分子具有永久電偶極矩,它可以產(chǎn)生長程可調(diào)諧的,各向異性的偶極相互作用,再結(jié)合超冷溫度下對分子自由度的精確操控,使得冷分子成為量子模擬和量子計(jì)算的理想載體;超冷分子氣體也為化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的研究提供了獨(dú)特的環(huán)境,同時(shí)還可以用該系綜來進(jìn)行各種精密測量實(shí)驗(yàn),探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理等。然而由于分子的自由度十分復(fù)雜,冷原子技術(shù)無法簡單有效地拓展到分子體系,于是科學(xué)家們發(fā)展了許多其它制備冷分子的方法,從絕熱膨脹的超聲分子束,到緩沖氣體冷卻的慢分子束;從靜電Stark(靜磁Zeeman)減速器到最近的激光冷卻與磁光囚禁技術(shù),每一步的技術(shù)革新都如此困難又富有挑戰(zhàn)性。本文首先聚焦于分子的靜電操控,我們利用比微擾理論更準(zhǔn)確的矩陣對角化方法,對各種對稱性分子轉(zhuǎn)動態(tài)的Stark效應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)地理論研究,同時(shí)總結(jié)并解釋了一些非常有價(jià)值的規(guī)律,例如線性分子沒有一階Stark效應(yīng);對稱陀螺分子具有很強(qiáng)的一階效應(yīng);分子的轉(zhuǎn)動基態(tài)都是強(qiáng)場搜尋態(tài);重原子分子的弱場搜尋態(tài)很容易變成強(qiáng)場搜尋態(tài);靜電場作用下磁量子數(shù)絕對值|MJ|相同的態(tài)仍處于簡并態(tài)等,這些理論研究為我們小組的靜電操控實(shí)驗(yàn)做了充分的理論準(zhǔn)備。另外我們還利用有效哈密頓量方法,分析了雙原子分子常見的洪特情況(a)和(b),研究了它們的轉(zhuǎn)動態(tài),精細(xì)結(jié)構(gòu)和超精細(xì)結(jié)構(gòu)下的Stark和Zeeman效應(yīng)。而這些方法具有通用性,對同類的分子仍然適用,為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)工作做好理論鋪墊。其次我們提出了一個(gè)新的激光冷卻的候選分子——24Mg19F自由基,并分析其實(shí)驗(yàn)可行性。首先確認(rèn)其激發(fā)態(tài)壽命和波長,用三種方法計(jì)算A態(tài)到X態(tài)的夫蘭克-康登因子和振動分支比。再利用有效哈密頓量方法詳細(xì)計(jì)算了 X態(tài)的超精細(xì)結(jié)構(gòu),我們發(fā)現(xiàn)用兩束激光和它們的一級邊帶就可以實(shí)現(xiàn)MgF分子有效的激光冷卻。同時(shí)研究了 MgF自由基超精細(xì)結(jié)構(gòu)角動量的相互耦合和磁屬性,為接下來的磁光囚禁做好準(zhǔn)備。我們還對另一個(gè)分子138Ba19F激光冷卻的可行性進(jìn)行了分析,它的相關(guān)波長在半導(dǎo)體激光器波段,再次用三種方法確認(rèn)了它高度對角化的振動分支比,發(fā)現(xiàn)四束激光才可能實(shí)現(xiàn)它有效的減速和冷卻。我們還估算了它亞穩(wěn)態(tài)A'的真實(shí)組分和能級壽命,可以用準(zhǔn)確計(jì)算的微波頻率耦合前三個(gè)轉(zhuǎn)動態(tài)的辦法來解決布居數(shù)泄露(A→A')問題。還有它的A態(tài)壽命較長(56ns),很容易實(shí)現(xiàn)激光掃頻的多普勒冷卻。接著,我們建立一個(gè)新的三維磁光阱模型,利用速率方程首先對原子磁光囚禁進(jìn)行詳細(xì)地動力學(xué)研究。主要分析上下能級的角動量,g因子和激光偏振組態(tài)對回復(fù)力的影響,得到了一些有用的結(jié)論。再將上述模型和結(jié)論拓展到MgF體系中,通過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)由于MgF自由基的上能級g因子太小,它在磁光阱中受到的囚禁力比原子小三個(gè)量級,幾乎不能被磁光囚禁。然后我們又研究了它在磁場和激光偏振同步調(diào)制的射頻磁光阱中的動力學(xué),發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)制頻率為幾十兆赫茲時(shí),MgF分子受到的囚禁加速度幾乎與原子Ⅱ型磁光阱中的加速度相當(dāng),因此對于本組實(shí)驗(yàn)的MgF分子,射頻磁光阱是個(gè)理想的選擇。最后聚焦于冷分子的重要應(yīng)用,我們提出了利用208Pb19F自由基測量電子電偶極矩的想法。首先討論基于PbF分子測量電子電偶極矩的基本原理;接著利用有效哈密頓量方法研究了它精細(xì)和超精細(xì)結(jié)構(gòu)的外場效應(yīng),給出分子內(nèi)部有效場和等效g因子隨外電場的變化關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在10kV/cm的外電場下,分子內(nèi)部有很強(qiáng)的宇稱和時(shí)間反演破缺效應(yīng),其有效電場強(qiáng)度為32.36GV/cm,而測量態(tài)J為1/2的Ω雙分裂超精細(xì)結(jié)構(gòu)的等效g因子分別為-0.0221和0.0621,是一個(gè)很好的對磁場不敏感的體系。我們進(jìn)一步給出了利用Ramsey分離振蕩場干涉儀測量電子電偶極矩的實(shí)驗(yàn)方案,并嘗試評估了一些測量誤差。
[Abstract]:In recent 30 years , the rapid development of cold atom technology has made a series of major achievements and has made revolutionary changes in the relevant fields . However , the molecular structure is more extensive , and it is very difficult and challenging . In this paper , we establish a new model of 3D magneto - optical traps , and use the speed - rate equation to study the atomic magneto - optical trapping . The effects of angular momentum , g - factor and laser polarization configuration on the recovery force are analyzed .

【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】：2017
【分類號】：O561

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