相干製備密集的振轉基態超冷銫分子的實驗研究

《相干製備密集的振轉基態超冷銫分子的實驗研究》是依託山西大學，由馬傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：相干製備密集的振轉基態超冷銫分子的實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：馬傑
• 依託單位：山西大學

項目摘要

以雷射冷卻原子為起點的超冷分子研究對高分辨分子光譜、超冷分子化學、分子玻色-愛因斯坦凝聚、量子信息等具有重要意義。本項目旨在平動冷卻的超冷分子研究基礎上，採用受激拉曼光締合和寬頻光學泵浦相結合的方案，基於光學頻率梳技術實現對多光場的相干操控，有效提高超冷分子的能級布居轉移率，實現相干製備密集的振轉基態超冷分子。這一方案與通常的受激拉曼光締合和光學泵浦方案相比，其相干製備的優勢在於：通過對光締合雷射、拉曼雷射和寬頻雷射的相干操控，克服了在光與超冷分子作用時由於能級消相干導致的超冷分子能級布居轉移率低的缺點，有效提高振轉基態超冷分子的產率。在方案實施過程中，通過對超冷分子布居轉移的快速有效調控，研究振轉基態超冷分子的相干製備機制和布居轉移過程中的相關動力學行為，為開展以振轉基態超冷分子為介質的相關量子計算和量子信息存儲研究提供有力的技術支持。

結題摘要

本項目通過三年的研究工作，建立並完善了超冷分子的實驗系統，解決了相干製備中選擇最最佳化能級系統的關鍵科學問題，掌握了多光場頻率相干鎖定的關鍵技術，完成項目計畫內容，獲得了預期的研究成果。利用單色光締合技術獲得超冷銫分子，實驗上利用離子飛行時間光譜技術探測了超冷基態銫分子，利用俘獲損耗光譜技術探測了超冷激發態分子，並對其高解析度光譜進行了精密測量；利用發展的高靈敏螢光調製光譜技術，獲得了超高分辨的振轉能級光譜信息，最高的轉動能級可以分辨到J=0~8，並獲得了精密的轉動常數。基於光學頻率梳FC1500系統，對鈦寶石雷射器和大功率半導體雷射器不同輸出頻率的同步關聯鎖定，且雷射頻率獨立掃描；將光學頻率梳系統提供的飛秒雷射光學倍頻，利用光柵和相關器件使其成為實驗所需可見區域和近紅外區域（650nm-900nm）的寬頻雷射。通過受激拉曼光締合結合寬頻光學泵浦技術，相干製備了振轉冷卻的超冷銫分子，樣品分子數約8.5×105，溫度約為2.6 ±1.5μK，壽命約為300ms；通過拉曼雷射頻率，推導出了低振動能級的束縛能，獲得了分子長程係數、平衡核間距和是能曲線；利用光學頻率尺技術，首次實驗上觀察到銫分子光致頻移現象，研究了光致頻移率對超冷分子布居能態的振動、轉動量子數的依賴關係。研究了各相干光場參數對相干製備超冷分子的影響機制，發現拉曼雷射和光締合雷射相對於激發態振轉能級紅失諧2.5-5MHz時製備效率最高。此外還利用拉曼邊帶冷卻技術對超冷原子樣品的溫度進行了進一步冷卻，達到約1μK，樣品在光場中的量子相干效應進一步增強。項目執行期間共發表SCI核心收錄學術論文25篇，其中包括Appl. Phys. Lett.、Phys Rev. A (Rapid Comm.)、Opt. Lett.等SCI高區論文9篇；獲國家發明專利和實用新型專利各1項；獲山西省科學技術獎自然科學一等獎1項。