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冷分子的静电囚禁及相关理论的研究

作　者: 许雪艳
导　师: 印建平
学　校: 华东师范大学
专　业: 光学
关键词: 静电囚禁有限元分子光学可控制静电双阱分子干涉
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

冷分子可用于基本物理问题的研究、基本物理常数的精密测量，同时在高分辨激光光谱学、冷化学反应和冷分子碰撞、分子物质波的干涉计量、量子计算和量子信息处理等方面有着重要的应用，故冷分子的产生及其应用研究得到了快速的发展。本文首先简单介绍了中性分子的冷却、囚禁及其操控的基本原理，实验结果及其最新进展；然后对极性冷分子的静电囚禁新方案进行了理论研究，最后就本文的工作进行了总结，并对未来要做的工作作一下展望。本文首先提出了利用单个环形电极(即圆环形导线)和两透明电极(即两无限大透明平板)实现冷分子静电囚禁的新方案。如果给金属导线加上一个正高压，左边透明电极的电压置零，右边透明电极接地，此时产生的电场分布是一个中心电场为零的三维空间静电阱。由于一阶Stark效应，当弱场搜寻态的分子处于这个静电阱中时，将会受到一个指向势阱中心的电场力作用，从而实现冷分子的静电囚禁。我们利用有限元软件分析了这种方案所产生的电场强度分布(包括相应的CO分子的Stark势分布)，研究了电场最小值位置和我们方案中系统参数之间的关系。研究表明：通过改变系统参数，既可以改变囚禁中心的位置，也可改变阱的深度。我们还从几个方面分析了这个囚禁方案的特点，并提出了一种有效的冷分子装载方法。这为我们研究冷分子光谱学、冷分子碰撞、偶极相互作用和分子系统的量子效应，甚至通过降低Stark囚禁势来进一步实现囚禁分子的蒸发冷却等开辟了一条新的途径。在上一方案的基础上，本文又提出了双环形载荷导线和两透明电极实现冷分子静电囚禁的可控制静电双阱的新方案。同样地，利用数值计算的方法分析了该方案不同几何参数下产生的空间电场强度分布和对应的CO分子的Stark势分布，研究了电场最小值位置和该方案的系统参数之间的关系，同时还给出了双阱与单阱的演化过程，讨论了该可控静电双阱方案在分子的干涉、纠缠、碰撞，甚至进行双阱分子BEC研究等分子光学领域的潜在应用。

全文目录

论文摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章中性分子的冷却、囚禁与操控技术  11-32
  1.1 引言  11-12
  1.2 中性分子的静电、静磁和激光操控原理  12-13
  1.3 制备冷分子的实验方法及其结果  13-14
  1.4 中性冷分子的囚禁与操控方案、实验结果及其最新进展  14-29
    1.4.1 弱场搜寻态极性分子的静电囚禁  14-16
    1.4.2 采用存储环的冷分子静电囚禁  16-18
    1.4.3 极性冷分子的交流静电囚禁  18-22
    1.4.4 实现连续装载的静电囚禁  22-23
    1.4.5 强场搜寻态极性分子的静电囚禁  23-24
    1.4.6 顺磁冷分子的静磁囚禁  24-25
    1.4.7 基态OH分子的电磁囚禁  25-27
    1.4.8 冷分子的微波囚禁  27
    1.4.9 超冷分子的激光囚禁  27-29
  1.5 本文的研究工作  29-30
  参考文献  30-32
第二章采用单个圆形载荷导线和两透明电极构成的静电囚禁方案  32-46
  2.1 引言  32
  2.2 极性冷分子的静电囚禁方案  32-34
  2.3 理论计算与分析  34-42
    2.3.1 静电阱电场等高线的理论计算  34-36
    2.3.2 囚禁中心位置和系统参数的依赖关系  36-38
    2.3.3 有效囚禁势与几何参数间的关系  38-42
  2.4 讨论与分析  42-44
    2.4.1 极性冷分子的有效装载  42-44
    2.4.2 该方案和其他方案的比较  44
  2.5 本章小结  44-45
  参考文献  45-46
第三章一种可控制的静电双阱方案  46-67
  3.1 引言  46-48
  3.2 可控静电双阱方案  48-49
  3.3 理论计算与分析  49-64
    3.3.1 静电阱电场等高线的计算  49-51
    3.3.2 囚禁中心位置与系统参数的依赖关系  51-54
    3.3.3 静电场分布与几何参数的关系  54-60
    3.3.4 静电双阱与单阱间的演化  60-62
    3.3.5 极性冷分子的有效装载  62-64
  3.4 该方案的特点  64-65
  3.5 本章小结  65-66
  参考文献  66-67
第四章总结与展望  67-69
  4.1 本文研究工作的总结  67-68
  4.2 本文的主要创新点  68
  4.3 未来研究工作的展望  68-69
附录:硕士阶段发表和待发表的论文目录  69-70
致谢  70

冷分子的静电囚禁及相关理论的研究

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