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武汉物数所在激光冷原子研究方面取得新进展

武汉物数所在激光冷原子研究方面取得新进展

本文摘要::激光加热为研究量子光学、量子信息和量子仿真中的物理问题创建了实验平台。在对中性原子展开加热过程中,为了修改实验装置和取得数目多的冷原子,半导体锥形放大器(TaperedAmplifier,TA)是当今广泛利用的激光工具。 当多个频率的激光成分同时流经到半导体锥形放大器时,由于液体材料的非线性效应,不会有多个频率边带的产生。研究这些边带产生的性质及其对激光加热的影响,需要更佳地操纵光和原子之间的相互作用,提升拘禁原子的数目,为构建量子晶格气体打算条件。

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:激光加热为研究量子光学、量子信息和量子仿真中的物理问题创建了实验平台。在对中性原子展开加热过程中,为了修改实验装置和取得数目多的冷原子,半导体锥形放大器(TaperedAmplifier,TA)是当今广泛利用的激光工具。

当多个频率的激光成分同时流经到半导体锥形放大器时,由于液体材料的非线性效应,不会有多个频率边带的产生。研究这些边带产生的性质及其对激光加热的影响,需要更佳地操纵光和原子之间的相互作用,提升拘禁原子的数目,为构建量子晶格气体打算条件。  武汉物数所江开军研究员率领的超冷量子系统研究组在对多种原子同时展开加热过程中,将两个频率成分同时流经到半导体锥形放大器中。利用外差法和法布里-珀罗干涉仪对边带频率成分展开测量,取得了边带产生效应随双频激光的频率劣、流经激光的功率和缩放芯片的工作电流的倚赖关系。

在对钾原子展开加热实验中,加热光和返泵光同时流经到半导体锥形放大器中。对于钾41,两激光的频率劣较小(254MHz),拘禁原子数目由于边带效应增加了一个数量级;对于钾40,两激光的频率劣较小(1.3GHz),边带效应小,对拘禁原子的数目没显著影响。此研究指出,半导体锥形放大器中的边带效应对激光加热有显著的影响。  该研究获得了中科院百人计划、国家自然科学基金青年基金和科技部973计划的反对。

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  激光加热技术发展历程  激光加热是利用激光和原子的相互作用滑行原子运动以取得超低温原子的高新技术。激光加热气体原子技术及其在科学技术中的应用于是将近二十年来发展十分迅速的研究领域。

1997年度的诺贝尔物理学奖授予给了美国斯坦福大学的朱棣文(StevenChu)、美国国家标准与技术研究所的菲利普斯(WilliamD.Phillips)和法国巴黎高等师范学院的科昂.唐努日(ClaudeN.Cohen-Tannoudji),表扬他们在激光加热和捕陷气体原子研究中所作出的突出贡献。2002年度的诺贝尔物理学奖,颁发美国科学家维曼(CarlE.Wieman)、康奈尔(EricA.Cornell)和德国科学家克特勒(Wolfgang.Ketterle),表扬他们在构建玻色-爱因斯坦汇聚工作中作出的突出贡献。

近期两届诺贝尔物理奖皆颁发了同一领域的两项成果,解释这是一个极其重要和活跃的前沿研究领域,尤其是这些研究结果为当今高新技术的发展奠定了基础,并将对二十一世纪科学技术的发展带给深远影响的影响。  人类在很久以前就认识到光具备压力,称之为光压。牛顿在仔细观察星空时就找到彗星在宇宙间运动时,彗尾总是背向太阳。

他认识到光有压力。在历史上很多的科学家曾展开过光压的实验,但不能仔细观察到很黯淡的现象。

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以后激光问世之后,光的电磁辐射压力才有可能沦为备受注目的研究问题。激光是相干光,当相干光与原子共振时,原子吸取光子的横截面相当大,原子受到的光压就相当大。实质上共振光压比重力大10万倍。

因此,光的力学效应就是一个不能忽视的物理效应了。1976年汉斯(T.Hansch)和肖洛(A.Schawlow)以及瓦恩兰(D.Wineland)和德默尔兹(H.Dehmelt)各自独立国家地明确提出了激光加热气体原子的建议;其物理思想是创建在光与原子相互作用的过程中动量互相交换的基础上,通过动量互相交换构成光的电磁辐射压力,从而掌控原子的外部运动和减少原子运动的速度。


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