超冷里德堡原子在外场作用下的态混合

摘要

里德堡原子是指具有很高主量子数n的高激发态原子。相比于基态原子，里德堡原子具有独特的性质。例如：里德堡原子间具有很强的长程范德瓦尔斯相互作用以及偶极相互作用，阻止了相邻原子的进一步激发，产生了激发阻塞效应，可用于实现单里德堡原子的激发。里德堡原子的极化率非常大，很小的电场就可以产生里德堡态能级的频移。里德堡原子有很长的寿命，很大的电偶极矩和轨道半径，这些特性使里德堡原子称为研究量子逻辑门的备选介质，在原子分子物理的研究中经久不衰。
　　本文中，我们利用里德堡原子极化率大、对电场非常敏感的特点，在制备超冷里德堡原子的基础上，增加外电场，研究里德堡原子在外加电场中的Stark效应，初始制备的nS里德堡态与（n-4）Stark多重态之间的态混合效应以及机制。
　　实验中我们以碱金属铯原子为研究对象。在激光冷却和俘获冷原子的基础上，通过6S1/2→6P3/2→nD/nS的两步激发制备超冷里德堡原子。通过施加一个脉冲电场电离里德堡原子，探测其离子信号来记录实验数据。
　　首先，我们根据理论计算的Stark能级图，获得49S态原子与附近Stark能级的回避交叉的中心电场和能级间隔等参数。在实验上测量回避交叉附近的离子谱，结果表明实验结果与理论吻合的很好。
　　然后，在制备nS里德堡原子后，施加外加电场，观测到了由nS里德堡原子经避免交叉跃迁到高-l态的现象，发生态转移，即产生高-l态信号。我们改变脉冲电场的强度测量了nS态到高-l态的转化率，研究了态转移机制。结果表明随着脉冲电场的增加，高-l态的转化率先急剧增加到饱和然后缓慢下降。
　　最后，我们改变电场使之通过一个特定的回避交叉点，改变电场通过避免交叉点速度研究里德堡原子经避免交叉点时的绝热/非绝热过程；改变延迟时间来改变相互作用时间研究高-l态里德堡原子之间的相互作用会引起的m-mixing效应和penning电离。结果表明相互作用时间越多，m-mixing效应越强。同时测量了自由离子随相互作用时间的变化情况，证明了m-mixing效应的存在。
　　本文的创新之处：
　　1.研究了电场条件下里德堡能级的避免交叉，得到了回避交叉处的中心电场,实现了电场操控的态转移现象，实验测量与理论模拟相一致。
　　2.研究了电场作用下高-l态的转化率，由于m-mixing效应高-l态的转化率随外加电场的增大先急剧增大到饱和然后下降。m-mixing效应增加了高-l原子的相互作用，导致了超冷等离子体的产生。

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第一章 绪言

1.1 里德堡原子的介绍

1.2 里德堡原子的波函数

1.3能级的回避交叉

1.4 本文的布局

1.5 小结

第二章 超冷里德堡原子的实验装置

2.1 磁光阱系统

2.2 数字CCD监控原子团

2.3超冷Cs里德堡原子的制备和探测

2.4 时序控制

2.5 光电探测器

2.6本章小结

第三章 里德堡原子能级回避交叉的研究

3.1 杂散电场的补偿

3.2 回避交叉点的研究

3.3 小结

第四章 超冷里德堡原子态混合的研究

4.1 态转移现象

4.2 态转移率的测量

4.3 m-mixing的证明

4.4 本章小结

第五章 总结

参考文献

攻读硕士期间取得的成果

致谢

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