对V型三能级原子的辐射压力和激光冷却的研究

摘要

本文建立一个研究V型三能级原子在压缩真空中的辐射压力和激光冷却的模型。首先从系统的哈密顿量出发，利用玻恩．马尔科夫近似，推导出了主方程，进而得到原子的光学布洛赫方程。我们利用绝热近似条件，给出了平均辐射压力的表达式。一般情况下，压缩真空中原子的光学布洛赫方程的系数含有时间因子，本文只讨论布洛赫方程的系数不含时间因子的稳态解情况。然后用图示法考察了原子的辐射压力随量子相干强度，自发发射率，平均光子数，光场的压缩程度以及相位差等参数的依赖关系。为了数学上处理的方便，我们引入了一个变化，光学布洛赫方程可表述为一种只含实变量的形式，利用量子回归定理，求出了与动量涨落相关的动量扩散系数。通过爱因斯坦关系，给出系统所达到的平衡温度的表达式，并用图示法分析和比较了原子冷却的最终温度与量子相干强度，平均光子数，光场的压缩程度以及相位差等参量的关系。 论文的第二章，简单地介绍了激光冷却原理及其应用和最新进展。论文的第三章介绍了一些常用的近似条件，用全量子理论和半经典理论两种方法分别计算了二能级原子与光场相互作用的哈密顿量，并利用玻恩一马尔科夫近似推导出了V型三能级原子的主方程。论文的第四章研究了V型三能级原子在真空和压缩真空中的辐射压力。研究结果表明：真空中两个偶极矩平行时，发生相干布居捕获现象。真空中拉比频率较小且不相等时，量子相干强度越大，辐射压力越小。压缩真空中的自发辐射压力强烈依赖于平均光子数，相位差以及压缩光场的压缩程度。相位差满足匹配关系时，原子的自发辐射压力最小；平均光子数确定时，压缩光场的压缩程度越大，原子的自发辐射力也越大。 论文的第五章研究了V型三能级原子在真空和压缩真空中的激光冷却。结果表明：真空中冷却的最终温度和量子相干强度有着强烈的依赖关系，量子相干强度为零时，原子不能被冷却至多普勒极限之下；当两个跃迁之间相干很大时，原子可被冷却至多普勒极限的1/30。压缩真空中平均光子数，光场的压缩程度以及相位差等参数对原子冷却的最终温度也有着很大的影响：压缩真空中当光场处于最大压缩态时，平均光子数越小，相位差越大，越利于原子的冷却；平均光子数一定时，压缩光场的压缩程度越大，原子冷却的温度越低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

第二章激光冷却技术的简介

2.1多普勒冷却

2.2亚多普勒冷却

2.3亚反冲冷却

2.4激光冷却的应用

第三章二能级原子模型及主方程

3.1引言

3.2几个常用的近似

3.3全量子理论下二能级原子与光场的相互作用哈密顿量(狄克模型与J-C模型)

3.4半经典理论下二能级原子与辐射场相互作用的哈密顿量

3.5主方程的推导

第四章V型三能级原子的辐射压力

4.1引言

4.2模型和公式

4.3 V型三能级原子在真空和压缩真空中的辐射压力

4.4结论

第五章V型三能级原子在真空和压缩真空中的激光冷却

5.1引言

5.2模型与公式

5.3 V型三能级原子的激光冷却

5.4结论

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

研究成果

致谢