冷原子EIT介质中的原子记忆

摘要

近年来，由于相干光场与多能级原子相互作用发生的量子干涉效应，将会产生多种很有意义的物理现象，因此光与原子相互作用成为了物理学中倍受人们关注的一个重要研究内容。其中电磁感应透明效应(EIT)可以使光的吸收减小、色散增强，降低光脉冲的群速度并将其压缩到原子介质中，这在理论和实验上得到了人们广泛的研究。利用EIT效应将光量子信息存储在原子介质中是目前量子信息科学的一个重要研究内容。
　　1975年，德国科学家汉斯和美国科学家肖洛提出了激光冷却气体原子的概念，同年，美国科学家提出了激光冷却气体离子的方案。随后人们利用激光冷却与俘获中性原子技术实现了冷原子介质的制备。由于在热原子系综中不可避免的热运动所导致的多普勒效应以及原子相互之间的碰撞所导致的退相干效应，将为进一步进行原子物理的实验研究带来了众多的不利因素。而在冷原子系综中，由于原子处于较低温环境中，由热运动引起的多普勒效应和退相干效应被很好的避免，因此在冷原子系综中研究关于原子物理和量子光学的物理现象，已经成为人们近年来关注的热点。
　　本文中主要介绍我们实验上用到的俘获87Rb冷原子的(MOT)磁光阱装置及实验参数，并在87Rb冷原子介质中利用电磁感应透明(EIT)动力学过程将光脉冲存储在原子两基态的相干性中，实现了光学脉冲的存储与释放。实验研究了耦合光功率对光脉冲存储释放信号的影响以及在外磁场条件下Larmor进动导致的释放信号崩塌和复原现象。通过光泵浦将原子制备在原子的某个确定的磁精细能级上，最终实现了双通道光脉冲的存储和释放。本文主要介绍的工作有以下内容:
　　1)具体介绍激光冷却俘获中性原子的原理，介绍了改进后的用于冷却与俘获87 Rb原子的(MOT)磁光阱装置。我们实验室利用收集荧光的方法测得了俘获的冷原子数目约为1010个，密度大约为1011个/cm3;通过短程飞行时间法(Time of Flight，TOF)，在原子自由下落过程中获得探针光的吸收信号，理论拟合得到冷原子云的温度约为300μK，该冷原子云能够作为较高质量的EIT介质，满足了我们进行原子相关的实验研究的需求。
　　2)在实验过程中，把同一台795nm半导体激光器产生的激光分为探针光和耦合光，目的是为了提供较好的相干光束。为了使得探针光和耦合光分别作用在5S1/2，F=1→5P1/2，F'=1和5S1/2，F=2→5P1/2，F'=1的跃迁上(两基态5S1/2，F=1与5S1/2，F=2频率相差6.8GHz)，须将探针光频率相对耦合光蓝移6.8GHz，我们采用了往返两次穿过的声光频移系统将探针光的频率蓝移6.8GHz。利用电磁感应透明(EIT)动力学过程将光脉冲存储在冷原子(EIT)介质中原子两基态的相干性中，实现了将探针光脉冲在冷原子介质中的存储和释放。
　　3)在冷原子(EIT)介质存储实验中，研究了耦合光功率对光脉冲存储释放信号的影响和在外磁场条件下Larmor进动导致的释放信号崩塌和复原现象。通过光泵浦将冷原子(EIT)介质中的原子制备在原子的某个确定的磁精细能级上，最终实现了双通道光脉冲存储与释放。

目录

摘要

第一章 前言

第二章 87Rb冷原子EIT介质制备及基本实验参数

2．1 冷原子介质背景介绍

2．2 原子冷却原理

2．2．1 光子与原子作用原理

2．2．2 Optical molasses冷却技术

2．2．3 磁光阱(MOT)

2．3 冷原子俘获的实验装置及参数

2．4 小结

第三章 87Rb冷原子EIT介质中光脉冲存储与释放研究

3．1 电磁感应透明(EIT)动力学效应简介及应用

3．1．1 EIT效应简介

3．1．2 利用EIT效应进行光减速与光存储

3．2 光脉冲存储与释放

3．2．1 光脉冲存储的实验装置、时序控制及实验结果

3．2．2 耦合光功率对光脉冲存储释放信号的影响

3．2．3 Lamor进动理论计算及实验结果

3．2．4 磁精细能级态的制备

3．2．5 双通道存储实验模型及实验结果

3．3 小结

全文总结和展望

参考文献

硕士研究生期间发表的学术论文

致谢

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