利用部分相干光冷却中性原子

论文摘要

近二十年来,激光冷却原子的研究与应用越来越受到关注,并且取得了丰硕的成果。在以往的研究中,用于冷却原子的激光均为相干光。本硕士学位论文利用部分相干光作为冷却中性原子的光源,研究了相干性对冷却原子的影响,从实验上得到了冷原子的温度随激光相干性的变化关系,并从理论上作了分析。本文的主要内容如下：第一章回顾了激光冷却原子的发展历程,概述了本文的研究的背景、研究目的和意义。并简要地描述了本文的主要工作。第二章从Rb原子的能级结构、光与原子的相互作用、磁光阱和偏振梯度冷却等出发,对激光冷却原子的基础理论进行概述。第三章首先对部分相干光的理论和特性作了简单介绍,然后介绍了部分相干光的产生机制。我们利用晶体来调制冷却激光的相位分布,从而改变了冷却激光的空间相干性。通过改变加在晶体上的外加电压,激光的相干度可以被控制。第四章对激光冷却原子所涉及的实验的各个部分进行了详细的介绍,包括激光系统中的饱和吸收、磁光阱、TOF温度测量法等。接下来介绍了实验的过程包括实验光路图的搭建。最后对所得的实验结果进行了分析。通过对比不同相干度的激光所捕获的冷原子的温度的差别,得出激光相干度对冷原子的影响。最后,总结全文,提出存在的不足之处以及需要改进的地方。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• §1.1 冷原子的历史背景
• §1.2 冷原子的发展以及应用
• §1.3 本文的主要工作
• 2 原子的激光冷却与陷俘
• §2.1 Rb原子的能级结构
• §2.2 光与原子的相互作用力
• §2.3 磁光阱
• §2.4 偏振梯度冷却
• 3 部分相干激光的特性与产生
• §3.1 光的时间相干性和空间相干性
• 3.1.1 光场的时间相干性
• 3.1.2 光场的空间相干性
• §3.2 部分相干光
• 3.2.1 部分相干光的数学表述——互相干函数和复相干度
• 3.2.2 空间—时间域
• 3.2.3 空间—频率域
• §3.3 高斯-谢尔模光束（GSM）的传输变换
• §3.4 部分相干光的特性
• §3.5 部分相干光的产生——电光调制
• 3.5.1 电光效应
• 3.5.2 电光调制产生部分相干光
• 4 实验装置及结果
• §4.1 激光器系统及饱和吸收稳频
• 4.1.1 半导体激光器原理
• 4.1.2 饱和吸收稳频
• §4.2 磁光阱（MOT）
• 4.2.1 三维磁光阱的获得
• 4.2.2 TOF法测量温度
• §4.3 实验过程及结果
• 4.3.1 冷原子团的制备
• 4.3.2 冷原子团温度的测量
• 4.3.3 实验结果分析
• 5、总结与展望
• 参考文献
• 作者简介