光晶格中超冷原子的光頻移研究

《光晶格中超冷原子的光頻移研究》是依託北京大學，由周小計擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：光晶格中超冷原子的光頻移研究
• 項目負責人：周小計
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

外加光場引起原子能級的變化稱為光頻移，這個能級位移不僅與外加輻射場振幅的平方成正比，還與其頻率的失諧有關。在我們原來的實驗和理論基礎上，本課題提出對光晶格中超冷原子的光頻移的系統研究。它不僅有助於深入理解光和原子相互作用的基本概念，而且在原子鐘等精密測量方面具有巨大的潛在用途，既是實際套用的真實需求，又是原子分子和光物理領域的一個國際研究熱點。不同於傳統的二階微擾理論下對簡化二能級原子單點計算光頻移的方法，我們考慮原子所有上能級對基態的影響，測量和計算不同失諧的光晶格、原子的不同溫度和分布、原子間的相互作用、光場的空間分布對原子光頻移的影響以及光譜信號的改變。探索由於光晶格的周期性和原子的運動而產生的光頻移對躍遷譜線的影響機制，對新型微波原子鐘信號的光頻移進行評估，從而利用光場對原子的量子態進行更精確和有效的操控。

結題摘要

光晶格中的超冷原子和玻色—愛因斯坦凝聚（BEC）的研究是當前原子分子和光物理的一個國際前沿課題，不僅具有科學上的重大意義而且具有技術上的潛在套用前景。本項目採用實驗和理論相結合方法，在深入分析駐波光和原子作用的光頻移研究基礎上，對駐波脈衝形成的干涉儀、光晶格中原子的關聯特性、光晶格不同能帶的快速裝載、物質波超輻射散射以及原子相關操控技術進行了研究。我們很好地完成了課題任務。課題期間，發表標註本項目資助的SCI論文19篇，其中11篇Phys. Rev. A, Laser Phys. Lett、New Journal of Physics、Optical Letters、Optical Express 各1篇, 其它SCI期刊5篇。同時，在《冷原子年刊》（Annual Review of Cold Atoms）中撰寫了第六章以及 《Interferometry: Research and Application in Science and Technology》 撰寫了第十七章。邀請報告和國際會議論文9次，和國際上同行進行了有效的交流和合作。畢業4名博士生和2名碩士生，在讀博士生2名，碩士生2名。具體來講，首先利用駐波脈衝形成的干涉儀對超冷原子的特性進行了深入研究，實現了可用於原子干涉儀的較高對比度的高階動量態，通過對Talbot-Lau干涉儀進行動量濾波和散射相位的研究，提出並首次測量了冷原子氣體臨界區域的發散行為。其次，通過光晶格中BEC的超輻射散射，以及光晶格中物質波的超輻射散射模式競爭的研究，利用共振散射新方法測量了光晶格中不同格點的關聯和光晶格的能帶。其三，利用系列駐波脈衝，我們設計和實現了將磁阱中的BEC快速裝載到光晶格基態以及激發態的方法，將裝載時間由傳統的絕熱裝載的幾十毫秒縮短至幾十個微秒。其四、利用行波脈衝光對玻色-愛因斯坦凝聚在不同角度的超輻射，發現了隨角度變化的非對稱的散射模式。發展了利用超輻射散射來測量原子密度分布微小變化的新方法，以及磁場加速原子進行布拉格散射進而進行大動量轉移的新方式展示了一種新型磁光布拉格散射。最後，發展了雷射穩頻與光晶格控制的新方法與技術，研究了空間的不均勻性對一個非魔術波長的一維光晶格中的非相互作用原子的光頻移差的影響。