多能级原子系统中高效二维原子局域化的研究

摘要

近些年，高效的二维原子局域化研究成为广大科研人员研究的热点之一。针对二维原子局域化的研究，我们一般是用相互正交的驻波场代替一维原子局域方案中的沿着x方向的驻波场作用在相应的原子跃迁上。本文通过利用自发产生相干与非相干泵浦相干控制、外加磁场相干控制以及驻波场叠加的方法对多能级原子系统中的高效二维原子局域化进行了研究。研究表明，自发产生相干、非相干泵浦，外加磁场以及驻波非对称叠加等对降低局域峰个数、提高原子在二维空间里的探测几率起着非常重要的作用。我们主要提出了以下三种高效的二维原子局域化的方案:
　　1.利用自发产生相干和非相干泵浦的相干控制实现高效的二维原子局域化。在该方案中，当作用在近闭合的三能级Λ型原子系统上的探测场强度非常弱时，非相干泵浦场的存在可以使该原子系统中的自发产生相干效应得以恢复。非相干泵浦和自发产生相干的共同作用使原子的光学特性依赖于作用场的相位。当原子通过相互正交的驻波场时，光与原子的相互作用依赖于二维空间的位置，我们可以通过测量探测场是被吸收还是被放大获得原子的二维空间位置信息，从而实现高精度、高分辨率的二维亚半波长原子局域化。原子在单个驻波波长范围内的探测几率能够达到100％。
　　2.基于外加静磁场的相干控制获得二维亚半波长原子局域化。在近闭合三能级八原子系统中，我们将静磁场作用到电偶极禁止、磁偶极允许的两个频率间隔很小的低能级之间，构成闭合环形结构。在探测场和静磁场满足弱场近似以及三光子共振条件下，由于驻波场的空间调制作用，相位敏感的原子的上能级粒子布局分布与空间位置相关。在静磁场的作用下，我们可以获得单局域峰结构，原子被局域在特定位置处。
　　3.利用Autler-Townes自发辐射谱和驻波场叠加高效地局域三能级梯形原子。如果我们仅仅是简单地选取一对正交的驻波场，三能级梯形原子的Autler-Townes自发辐射谱在二维空间里表现出对称结构，原子的探测几率只能达到50％。因此，我们对驻波场进行相干叠加处理，即沿着每个方向上的驻波场都是两个驻波场相互叠加形成的。当沿着同一方向传播的两个驻波场具有不同的波长和相位时（称之为非对称叠加），Autler-Townes自发辐射谱表现出非对称结构。在适当的参数选择下，能够降低原子的局域峰，将原子的探测几率提升到100％。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 研究现状

1．2 本文主要研究内容与创新点

第二章 相关研究的理论基础

2．1 光与原子相互作用的半经典理论

2．2 自发辐射的Weisskopf-Wigner理论

第三章 近闭合三能级A型原子中的高效二维原子局域化

3．1 理论模型与方程

3．2 结果与分析

3．3 本章小结

第四章 三能级人型原子中二维亚半波长原子局域化的控制

4．1 理论模型与方程

4．2 结果与分析

4．3 本章总结

第五章 三能级梯形原子中高效二维原子局域化的实现

5．1 理论模型与方程

5．2 结果与分析

5．3 本章总结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文