超冷里德堡原子相互作用及碰撞特性研究

1、yiT論女第表站家超冷里德堡原子相互作用及碰撞特性研究【摘要】：里德堡原子是指原子中的一個(gè)電子被激發(fā)到主量子數(shù)很大 的激發(fā)態(tài)原子。與基態(tài)原子相比，里德堡原子具有較大的原子半徑和 電偶極矩，以及較長的原子壽命等特點(diǎn)，正是由于這些奇特的性質(zhì)使里 德堡原子研究一直是原子分子物理研究的重要內(nèi)容之一。近年來，激光冷卻與俘獲技術(shù)的發(fā)展為里德堡原子的研究提供了全新的技術(shù)和 方法,并使里德堡原子的物理內(nèi)涵可以深入揭示。以冷原子為介質(zhì)產(chǎn) 生的超冷里德堡原子幾乎是靜止不動(dòng)的，而且超冷里德堡原子間的相 互作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子的熱動(dòng)能，特別是可以通過外場調(diào)控里德堡原子 間的長程相互作用。因此，原子間的強(qiáng)相互作用很大程度上

2、決定了超 冷里德堡原子的動(dòng)力學(xué)行為。由于里德堡原子具有易于調(diào)控的特點(diǎn)，超冷里德堡原子在量子信息存儲、量子計(jì)算及量子信息處理等方面具 有潛在的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。本文理論上計(jì)算了銫里德堡原子的 Stark結(jié)構(gòu)和長程相互作用勢，實(shí)驗(yàn)上以冷原子為樣品，通過兩步激發(fā) 產(chǎn)生超冷里德堡原子。獲得了超冷銫里德堡原子的離子譜和特征參數(shù)， 在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了超冷里德堡原子的碰撞特性和相互作用誘導(dǎo) 的態(tài)轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)行為。首先，利用連續(xù)倍頻激光器對超冷銫原子 nD 態(tài)(39n50)Stark光譜及極化率進(jìn)行了測量，得到與理論計(jì)算一致的結(jié) 果;其次,利用染料激光器測量了超冷銫原子里德堡nS和nD態(tài)(30n40)的壽

3、命以及nD態(tài)(37n40)的碰撞截面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相一致；再 次，詳細(xì)研究了高態(tài)里德堡原子間的碰撞損失率及電場誘導(dǎo)的態(tài)轉(zhuǎn)移yiT論女第表匸家過程。本文的創(chuàng)新工作概括如下：1實(shí)驗(yàn)上研究了超冷銫原子里德堡 態(tài)有效壽命隨原子密度的變化，在低里德堡原子密度下測量了超冷銫 原子nS和nD態(tài)(30n40)的壽命，得到與現(xiàn)有理論一致的結(jié)果。2.實(shí)驗(yàn) 上測量了超冷銫原子里德堡態(tài)的有效損失率隨里德堡原子密度的變 化，并擬合得到里德堡nD態(tài)(37n40)的碰撞截面，理論上很好地解釋了 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3系統(tǒng)地研究了超冷銫原子高里德堡態(tài)的碰撞效應(yīng)，擬合得到里德堡原子間及里德堡原子與基態(tài)原子間的碰撞損失率，并研究了外

4、加電場對里德堡原子碰撞損失的影響。4研究了里德堡原子相互作用誘導(dǎo)的量子態(tài)的轉(zhuǎn)移，特別是量子態(tài)轉(zhuǎn)移在電場、延遲時(shí)間和光強(qiáng) 等不同參數(shù)下的動(dòng)力學(xué)演化?！娟P(guān)鍵詞】：超冷里德堡原子選擇場電離 量子虧損壽命碰撞截面碰撞損失率態(tài)轉(zhuǎn)移【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)【學(xué)位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2011【分類號】：O562.4【目錄】：摘要10-12ABSTRACT12-14第一章引言14-341.1里德堡原 子14-161.1.1里德堡原子的基本性質(zhì) 14-151.1.2堿金屬里德堡原子15- 161.2里德堡原子的研究進(jìn)展 16-231.2.1早期里德堡原子的發(fā)展16- 171.2.2超冷里德堡原子的研

5、究進(jìn)展17-231.3超冷里德堡原子在量子信息中的應(yīng)用23-251.4本文的主要研究內(nèi)容25參考文獻(xiàn)25-34第 二章超冷里德堡原子的制備與探測34-542.1超冷銫原子的制備34-402.1.1超冷銫原子制備的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 34-372.1.2超冷銫原子參數(shù)測 量37-402.2超冷銫里德堡原子的制備40-45221里德堡原子的制備方 法40-41222超冷銫里德堡原子的制備41-452.3超冷里德堡原子的探 測45-50231選擇場電離探測45-462 32微通道板探測器的工作特性46-502.4本章小結(jié)50參考文獻(xiàn)50-54第三章銫里德堡原子 STARK效 應(yīng)和場電離光譜54-763.1里德

6、堡原子Stark效應(yīng)54-643.1.1Stark結(jié)構(gòu) 理論計(jì)算54-583.1.2超冷里德堡原子的Stark光譜58-623.1.3里德堡 原子極化率62-643.2超冷里德堡原子的電離閾值 64-673.3銫里德堡 原子場電離光譜及量子虧損67-713.3.1銫里德堡場電離光譜 67-693.3.2銫里德堡原子nS和nD態(tài)量子虧損69-713.4本章小節(jié)71 參考文獻(xiàn)71-76第四章銫里德堡態(tài)壽命及碰撞效應(yīng)研究 76-1024.1影 響里德堡原子壽命的因素77-854.1.1自發(fā)輻射率77-794.1.2黑體輻射 率79-824.1.3碰撞損失率82-834.1.4超輻射率83-844.1

7、.5黑體輻射光 電離率84-854.2里德堡原子壽命隨密度的變化 85-894.2.1實(shí)驗(yàn)裝置 85-864.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及理論分析86-894.3.超冷銫里德堡原子nS和nD 態(tài)壽命測量89-914.4里德堡態(tài)碰撞截面的測量 91-974.4.1理論模型 91-924.4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析92-974.5本章小節(jié)97參考文獻(xiàn)97-102第 五章超冷里德堡原子相互作用誘導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)移的實(shí)驗(yàn)研究102-1245.1里德堡原子間相互作用102-1075.1.1里德堡原子間相互作用102-1055.1.2銫原子里德堡態(tài)相互作用勢的計(jì)算105-1075.2高里德堡態(tài)碰撞損失率測量107-116521理論模型108-109522實(shí)驗(yàn)裝置109-111523實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析111-113524直流電場對碰撞損失率的 影響113-1165.3電場誘導(dǎo)量子態(tài)轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)過程116-1195.3.1量子態(tài)轉(zhuǎn)移對電場的依賴116-1175.3.2量子態(tài)轉(zhuǎn)移對延遲時(shí)間的依賴117-1195.3.3量子態(tài)轉(zhuǎn)移對原子密度的依賴1195.4本