实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学双阱及其光学晶格

摘要

本文提出了一种采用二元位相型光栅与微透镜列阵组合的光学系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学双阱列阵方案。在该方案中 ,如果将光栅相对于透镜位置作一微小移动 ,即可实现光学双阱列阵到单阱列阵的连续双向演化 ;且当采用多束不同传播方向的平面光波照明时 ,可获得多种不同晶格类型的双阱或单阱列阵 ,从而实现冷原子或冷分子的一维或二维光学晶格。我们计算了双阱列阵的光强分布 ,并导出了光阱的最大光强、平均光强、最大强度梯度和曲率以及光阱的宽度和体积与光学系统参数 (如照明光波的波长、透镜的相对孔径 )间的解析关系。我们还计算了在双光阱向单光阱演变过程中 ,双阱间距以及双阱光强随位相光栅平移距离变化的关系。研究发现 :通过改变光学系统参数 ,既可产生体积较大、冷原子或冷分子囚禁数目较多的光阱 ,也可以产生体积很小、仅能囚禁单个或几个原子 (或分子 )的光阱。当采用超大红失谐的激光照明时 ,在保证光阱具有足够高光学囚禁势的前提下 ,冷原子在光阱中的自发辐射速率、Rayleigh散射速率和Raman散射速率均可忽略不计。此外 ,研究表明本方案对冷原子或冷分子的操控相当简单方便 ,因而不仅可用于双样品原子或分子的冷碰撞研究 ,而且还可用于光学晶格的实验制备 。