超冷里德伯原子场电离光谱及其向等离子体的演化

摘要

从上世纪90年代实现激光冷却与俘获原予以来，科学家开拓了许多原子，分子和光物理研究的新领域、新内容和新方法。因而利用冷原子样品来研究里德伯原子也成为必然。
　　由于里德伯原子的最外层电子处于高激发态而具有一些与众不同的性质。如大电偶极矩、长寿命、能级间隔小等特点，成为人们感兴趣的研究对象。将激光冷却与俘获的冷原予激发到高激发态，可以形成温度为μK量级，密度为109cm-3的超冷里德伯原子。超冷里德伯原子在实验所感兴趣的时间尺度下几乎是静止不动的，原子之间的相互作用将几乎不受热运动的影响，产生了许多有趣的现象。
　　本文系统的阐述了里德伯原子的产生以及探测方法，在超高真空系统中冷却并俘获了碱金属Cs原子，在此基础上利用双光子激发获得了超冷里德伯原子，利用场电离的方法电离里德伯原子，用MCP对离子信号进行探测，得到了Cs里德伯原子的能级谱图，并对Cs里德伯原子向超冷等离子体的自发演化进行了实验研究。本文的主要内容如下;
　　首先，对里德伯原子的结构、性质，产生和探测方法加以系统的介绍，并对超冷里德伯原子的研究现状和发展情况进行概述。
　　第二，以双光子激发过程为主线，介绍了我们的实验系统，包括第一步激发的磁光阱系统和第二步激发的染料激光器。
　　第三，详细介绍Cs里德伯原子的场电离光谱。研究DC Stark效应对电离阈值的影响，并获得里德伯原子能级的离子谱图。
　　第四，研究Cs里德伯原子向超冷等离子体的自发演化过程，并给出初步的初始电离机制。
　　本论文有以下几个创新之处:
　　1、利用场电离脉冲探测方法，得到超冷里德伯原子的离子谱图，并通过拟合实验数据获得62P3/2态的电离限和S、D态的量子亏损。
　　2、通过超冷里德伯原子的自发演化得到超冷等离子体，并对其自发演化机制做了初步的研究。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 里德伯原子概述

1．2 里德伯原子的产生

1．2．1 电子碰撞

1．2．2 电荷交换

1．2．3 光激发过程

1．3 里德伯原子的探测技术

1．4 超冷里德伯原子相互作用研究在国内外的进展

1．5 本章小结

第二章 超冷里德伯原子的实验系统

2．1 铯冷原子的制备

2．1．1 磁光阱(MOT)系统

2．1．2 冷却与俘获到的铯原子的观测

2．2 超冷铯里德伯原子的获得

2．2．1 染料激光器

2．2．2 超冷里德伯原子实验光路图

2．3 本章小结

第三章 超冷铯里德伯原子场电离光谱的研究

3．1 直流Stark效应对超冷里德伯原子电离阈值的影响

3．1．1 里德伯态的Stark效应

3．1．2 直流电场对里德伯原子电离阈值的影响

3．2 超冷里德伯原子的场电离光谱

3．3 本章小结

第四章 里德伯原子向超冷等离子体的自发演化的实验研究

4．1 自发演化过程的实验观测

4．2 初始电离机制分析

4．2．1 黑体辐射

4．2．2 里德伯原子的碰撞

4．3 本章小结

第五章 全文总结与展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢

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