激光冷卻俘獲中性鈉原子的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在冷原子的科研研究領(lǐng)域，冷原子的制備無(wú)疑是所有基于冷原子研究的實(shí)驗(yàn)的第一步，也是實(shí)驗(yàn)?zāi)芊袢〉眠M(jìn)一步研究的基礎(chǔ)，可以說(shuō)冷原子的制備在整個(gè)冷原子相關(guān)實(shí)驗(yàn)中起到?jīng)Q定性的作用。本文是關(guān)于激光冷卻俘獲中性鈉原子的實(shí)驗(yàn)研究中制備鈉冷原子的詳細(xì)說(shuō)明，其中包括整個(gè)真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，用于激光冷卻中性鈉原子的各個(gè)激光束的生成光路，能夠產(chǎn)生589nm的激光源的選擇，以及二維磁光阱，塞曼減速器，三維磁光阱所需要的磁場(chǎng)的來(lái)源，最后說(shuō)明了具體優(yōu)化哪些實(shí)驗(yàn)參數(shù)使得在三

2、維磁光阱真空玻璃腔室中冷卻俘獲鈉原子數(shù)達(dá)到108。
　　本文首先介紹在冷原子以及超冷原子領(lǐng)域近年以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一些成熟的新興技術(shù)，其中包括光晶格技術(shù)，F(xiàn)eshbach共振技術(shù)，原位成像，光學(xué)鎖相環(huán)，以及利用拉曼光耦合自旋態(tài)的方式產(chǎn)生的自旋-軌道耦合超冷原子氣體的技術(shù)等。這些技術(shù)極大的豐富的冷原子以及超冷原子的研究領(lǐng)域，使得越來(lái)越多的科研學(xué)者投身到物理學(xué)前沿領(lǐng)域探索物理世界未知的美麗與精彩。
　　接著引入本文的研究對(duì)象鈉原子，

3、說(shuō)明了為什么選取鈉原子作為我們的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，介紹了冷卻俘獲鈉原子的真空系統(tǒng)，說(shuō)明了真空系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，以及每一部分的功能以及作用，各個(gè)部分直接如何相互銜接，使得鈉原子最終被冷卻俘獲到三維磁光阱真空玻璃腔室中，其中的亮點(diǎn)是鈉源在真空系統(tǒng)中的放置。
　　其次本文介紹了用于冷卻俘獲鈉原子的激光系統(tǒng)。我們實(shí)驗(yàn)上冷卻俘獲鈉原子的基本手段是磁光阱和塞曼減速器的相互配合，采用二級(jí)冷卻的方法，首先是二維磁光阱和塞曼減速器首先冷卻俘獲一部分鈉

4、原子，然后將這些冷原子源通過(guò)一束推送光束經(jīng)由差分管被推送到三維磁光阱真空玻璃腔室中再次被冷卻俘獲。目前市場(chǎng)上并沒(méi)有直接產(chǎn)生589nm的二極管激光器，而可以直接產(chǎn)生589nm的染料激光器不符合我們的實(shí)驗(yàn)要求，最終我們采用激光倍頻技術(shù)獲得冷卻俘獲鈉原子的激光光源。接著在文章中詳細(xì)介紹了如何規(guī)范安全的開(kāi)啟和關(guān)閉激光器，真?zhèn)€實(shí)驗(yàn)光路圖的設(shè)計(jì)以及用于冷卻俘獲鈉原子的各個(gè)激光束的頻率失諧的設(shè)置問(wèn)題。
　　緊接著介紹我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中冷卻俘獲中性鈉原

5、子的亮點(diǎn)四極磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)，我們并沒(méi)有采用傳統(tǒng)的使用亥姆霍茲線圈通過(guò)通以恒定電流產(chǎn)生穩(wěn)定四極磁場(chǎng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，而是選用由永磁鐵構(gòu)成的永磁鐵組產(chǎn)生我們實(shí)驗(yàn)所需要的用于二維磁光阱和塞曼減速器的磁場(chǎng)。這樣使得整個(gè)二維磁光阱和塞曼減速器對(duì)鈉原子的冷卻俘獲裝置變得更加簡(jiǎn)潔，在確保實(shí)驗(yàn)效果的前提下。
　　之后介紹我們?cè)谌S磁光阱真空玻璃腔室中看到初次被冷卻俘獲的鈉原子后通過(guò)合理優(yōu)化各個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，其中包括塞曼減速冷卻光的頻率失諧量，塞曼減速冷卻光的偏