Rb原子极化率、Tune-out波长和Magic波长的理论研究

摘要

极化率是用来描述原子因感受到外电场的作用使得其电子云偏离正常分布程度的一种物理量。原子极化率在原子钟、冷原子物理以及原子结构参数等领域重要的应用使得相关的研究受到了越来越多的关注。比如：原子的静态极化率能够估算原子钟跃迁态的黑体辐射效应和Stark效应，原子的动态极化率可以确定Tune-out波长和Magic波长，进一步提高原子结构参数和原子钟的精度。然而实验上精确测量原子极化率非常具有挑战性，尤其是激发态的相关数据非常有限，因此迫切需要理论方面提供精确的原子极化率。本文利用相对论组态相互作用模型势（RCICP）方法对Rb原子静态极化率和动态极化率进行了详细的计算。重点研究了激光极化度对Tune-out波长和Magic波长以及超精细效应对Tune-out波长的影响。
　　本文第一章主要介绍了研究意义、现状和框架。第二章介绍了本文所使用的RCICP方法，给出了计算静态极化率、动态极化率、Tune-out波长以及Magic波长的公式，最后介绍了考虑超精细分裂后能级、矩阵元和极化率的计算方法。第三到六章为本文的计算结果及讨论。主要研究内容有：
　　1.利用RCICP程序，详细计算了Rb原子精细结构的能级、约化矩阵元等基本原子参数，给出了Rb原子基态5s和低激发态5pJ、4dJ的电偶极、电四极和电八极静态极化率，并与其它理论和实验结果进行了详细的比较，进一步计算了与Rb原子钟精度相关的黑体辐射频移。
　　2.分别在线极化光和圆极化光的情况下，对Rb原子基态和激发态的动态极化率进行了详细的理论计算，给出了Rb原子基态所有的Tune-out波长及其相应的位置，紧接着又给出了Rb原子5s1/2-5p1/2和5s1/2-5p3/2跃迁400 nm以上的Magic波长及其相应的位置，并分析了极化度对所有Tune-out波长和Magic波长的影响。
　　3.通过考虑超精细分裂后，重新计算了87,85Rb原子的能级和约化矩阵元，得到了87,85Rb超精细态的静态极化率和动态极化率，随后给出了87,85Rb超精细基态的Tune-out波长并与近期的高精度实验结果进行了比较，根据比较结果对Tune-out波长的不确定度来源进行了详细的分析。

目录

声明

西北师范大学研究生学位论文作者信息

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究历史及其现状

1.3本文主要内容

参考文献

第二章 理论方法

2.1引言

2.2相对论组态相互作用模型势方法

2.3 静态多极极化率及其应用

2.4动态偶极极化率及其应用

2.5超精细能级结构和矩阵元

参考文献

第三章 Rb原子基本原子参数

3.1引言

3.2 能级

3.3 约化矩阵元

3.4 振子强度

3.5 能级寿命

3.6 小结

参考文献

第四章 Rb原子静态多极极化率的研究

4.1引言

4.2 静态偶极和多极标量极化率

4.3 静态偶极张量极化率

4.4 黑体辐射频移

4.5 小结

参考文献

第五章 Rb原子Tune-out波长和Magic波长的研究

5.1 引言

5.2 Tune-out波长

5.3 Magic波长

5.4 小结

参考文献

第六章 超精细作用对Rb原子基态静态极化率和Tune-out波长影响的研究

6.1 引言

6.2 超精细结构能级和约化矩阵元

6.3 超精细基态电偶极极化率

6.4 超精细基态Tune-out波长

6.5小结

参考文献

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录: 攻读硕士学位期间发表论文和参加学术会议

致谢