波色費米超流混合自由空間量子通信實驗研究.pdf

1、基于超冷原子的超流研究是當(dāng)前超冷量子氣體研究的重要方向。本論文中首先介紹了基于6Li和41K的玻色-費米超流混合系統(tǒng)的實驗實現(xiàn)。
　　為了實現(xiàn)超流混合，實驗中首先搭建了一套包括超高真空系統(tǒng)、共振激光系統(tǒng)、激光頻率鎖定與功率控制系統(tǒng)、磁場系統(tǒng)、時序控制系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、水循環(huán)冷卻系統(tǒng)、運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等的復(fù)雜的實驗裝置。然后實驗對原子實施激光冷卻。激光冷卻過程包括6Li原子的塞曼減速器和41K原子的改良型的2D+MOT，雙原子3D M

2、OT，壓縮磁光阱，6Li原子的UV MOT和41K原子的Gray Molasses等。通過激光冷卻之后，原子團通過光泵浦極化之后裝入到磁阱中并采用磁輸運的方式輸運到科學(xué)實驗腔中。在科學(xué)實驗腔的光塞磁阱中，實驗中進行了光塞磁阱的射頻蒸發(fā)冷卻和6Li原子的協(xié)同冷卻過程。在這一過程中，通過RF信號將阱邊緣的高能41K原子驅(qū)除出束縛阱，而剩余原子則不斷熱平衡，最終降低原子團溫度，提升相空間密度。與此同時，6Li原子將會通過與41K原子的碰撞而以

3、協(xié)同冷卻的方式同時得到冷卻。光塞磁阱蒸發(fā)冷卻完成之后，實驗將原子團從磁阱轉(zhuǎn)移到特殊設(shè)計的橢圓形光阱系統(tǒng)中。在光阱中實驗首先通過射頻技術(shù)將41原子轉(zhuǎn)移到最低能量態(tài)，而6Li原子則制備成最低和次低能量態(tài)的平衡混態(tài)。然后實驗中實施光阱蒸發(fā)冷卻過程。通過緩慢降低光強，實驗最終在圓盤形光阱中實現(xiàn)了超流的混合體，其中共有1.8×10541K原子（簡并原子團比例大于80％）和1.5×1066L1原子(T/TF＜8％)。在光塞磁阱的射頻蒸發(fā)過程中，實驗

4、還通過精確調(diào)節(jié)磁阱射頻蒸發(fā)冷卻過程，實現(xiàn)了磁阱的玻色-費米的簡并混合。
　　在實驗實現(xiàn)的超流混合體后，首先通過分別確認兩個組分均進入超流態(tài)以及兩個超流體的空間重疊確認了超流混合體的存在。然后通過觀測原子團的空間分布，觀測到了兩種超流體之間的相互作用并通過理論計算給出了平均場的解釋。然后實驗通過采用兩束藍失諧激光擾動以改變勢阱形狀并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的勢阱，分別在單獨的41K BEC、6Li的分子BEC、6Li的BCS超流、以及41KBEC和

5、6Li BCS超流混合體中制備了量子化得渦旋陣列，并通過精確測量量子化渦旋的產(chǎn)生參數(shù)以及一系列的對比實驗，能夠觀測到41超流對6Li BCS超流中量子化渦旋的產(chǎn)生以及壽命都有著顯著的影響。
　　在本論文中還介紹了本人在2010年到2012年參與的自由空間量子通信實驗和量子衛(wèi)星的部分工作。主要介紹了我們在青海湖地區(qū)實現(xiàn)了超過100km的量子糾纏分發(fā)和97km的量子隱形傳態(tài)實驗。實驗一方面證實了即便在距離達到100km量級時依然能夠得