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采用载流导体的原子磁导引及其原子光学器件

作　者: 刘南春
导　师: 印建平
学　校: 苏州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 原子磁导引 V-型载流导体 U-型载流导体导引效率原子分束器分束比 Monte-Carlo模拟物质波波函数物质波的相干性
分类号: O562
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

本文简单介绍了中性原子导引的研究背景及其发展。中性原子的导引和操控依赖于光场(或磁场)与原子之间的相互作用。本文就各种不同的原子激光导引和磁导引方案进行了分类与综述，并就中性原子导引技术的应用及原子光学的重要元器件之一“原子分束器”作了较为详细的介绍。本文提出了采用V-型载流导体和U-型载流导体实现中性原子磁导引的新方案。在V-型载流导体方案中，首先计算了磁场在导引中心处沿z轴方向和x方向上的分布，分析了磁场空间分布与载流导体参数之间的关系，给出了几个拟合公式。其次，分析了被导引原子在磁场中的受力与V-型载流导体不同参数之间的关系。最后，利用V-型载流导体构建了多种原子光学器件，例如原子漏斗，原子分束器和原子干涉仪等。在U-型载流导体方案中，首先计算了U-型载流导体所产生的磁场分布及其与载流导体参数的关系。通过对横向磁场的计算和分析，发现U-型载流导体方案既可以实现单通道原子磁导引，也可以实现双通道原子磁导引。形状参数β=b／a的大小决定了磁导引通道的数目，其关键值为0.5389。本文也计算了单通道磁导引情况下，原子导引效率和电流、原子束横向温度之间的关系，并采用U-型载流导体构建了多种原子光学器件。本文提出了一种采用在y方向上加一偏置磁场来实现分束比可控的新颖原子分束器，并从磁场分布和导引中心轨迹两个方面，详细分析和讨论了基于U-型载流导体所构建的原子分束器的分束机制。同时，采用经典的Monte-Carlo方法，模拟了该原子分束器中被导引原子束的分束过程，研究了导引过程中原子束的横向绝热冷却和加热效应，并采用简单的理论模型解释了上述Monte-Carlo结果，得到了一些重要并且十分有趣的结果。本文运用冷原子在单通道磁导引中的薛定谔波动方程，求解了在考虑原子间相互作用和不考虑原子间相互作用两种情况下的波函数，并计算了在不考虑原子相互作用情况下原子基态波函数的尺寸。利用在U-型载流导体基础上构建的原子干涉仪，讨论了双通道磁导引中物质波波函数的近似求解。此外，还分析了干涉过程中横向波函数的演化，并给出了物质波通过干涉仪后的干涉条纹。最后，给出了原子在基于V-型和U-型载流导体构建的原子漏斗中所感受到的囚禁势的摘要采用漂流导体的原子＠易引及其原于光学器件近似分分，并采用类似于光场相干性的分析方法，计算了超冷原子物质波的基进波函数及其在原子漏斗中传播时相干性的演化，得到了物质波的一阶、二阶、三阶和高阶相于度。

全文目录

摘要  2-18
第一章中性原子的激光与磁导引及其应用  18-48
  1.1 引言  18-19
  1.2 中性原子的激光导引  19-24
    1.2.1 中空光纤中红失谐高斯激光模式的原子导引  19-20
    1.2.2 红失谐高斯激光束的原子导引  20-21
    1.2.3 中空光纤中兰失谐消逝波的原子导引  21-23
    1.2.4 兰失谐暗中空光束的原子激光导引  23-24
  1.3 原子磁导引的基本原理  24-26
  1.4 中性原子的磁导引及其最新进展  26-38
    1.4.1 载流导线磁导引  26-31
    1.4.2 永久磁管磁导引  31-33
    1.4.3 载流螺线管磁导引  33-35
    1.4.4 交流磁导引  35-38
  1.5 原子导引技术的应用  38-45
    1.5.1 原子态的磁选择  38-39
    1.5.2 在玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)实验中的应用  39-40
    1.5.3 原子束的磁偏转  40-41
    1.5.4 冷原子的磁囚禁  41-42
    1.5.5 原子光学器件的研制  42
    1.5.6 原子芯片  42-45
    1.5.7 原子刻印术  45
  参考文献  45-48
第二章相干物质波及原子分束器  48-59
  2.1 相干物质波简介  48-49
  2.2 相干物质波的实现  49-52
  2.3 原子分束器及其进展  52-57
  参考文献  57-59
第三章采用V型载流导体的原子磁导引及其原子光学器件  59-82
  3.1 引言  59
  3.2 采用V-型载流导体的原子导引方案及其磁场分布的计算  59-61
  3.3 V-型载流导体产生磁场的理论分析  61-69
  3.4 V-型载流导体磁场中原子的受力分析  69-74
  3.5 采用V-型载流导体的新颖原子光学器件  74-80
    3.5.1 原子漏斗  74-79
    3.5.2 原子分束器  79
    3.5.3 原子干涉仪  79-80
  3.6 本章小结  80
  参考文献  80-82
第四章采用U型载流导体的原子磁导引及其原子光学器件  82-104
  4.1 采用U-型载流导体的原子导引方案及其磁场分布的计算  82-86
  4.2 U-型载流导体产生磁场的理论分析  86-91
  4.3 U-型载流导体磁导引的效率分析  91-96
  4.4 采用U-型载流导体的原子光学器件  96-102
    4.4.1 原子漏斗  96-101
    4.4.2 原子分束器  101
    4.4.3 原子干涉仪  101-102
  4.5 本章小结  102
  参考文献  102-104
第五章可控制的原子分束器及其经典Monte-Carlo模拟  104-121
  5.1 采用U-型载流导体的原子分束器及其分束机制  105-110
  5.2 原子分束比的改变  110-114
  5.3 分束过程的经典Monte-Carlo模拟  114-117
  5.4 导引过程中的横向冷却和加热效应  117-119
  5.5 本章小结  119
  参考文献  119-121
第六章磁导引中物质波的波函数及其演化  121-138
  6.1 单通道磁导引中原子物质波的波函数  121-127
  6.2 双通道磁导引(原子干涉仪)中原子物质波函数的演化  127-137
    6.2.1 原子干涉仪的方案  128-130
    6.2.2 原子干涉仪中物质波波函数的演化  130-137
  6.3 本章小结  137
  参考文献  137-138
第七章原子漏斗中原子物质波的相干性  138-147
  7.1 光场的相干性  138-140
  7.2 原子漏斗中物质波的相干性  140-146
    7.2.1 原子漏斗的近似模型  140-142
    7.2.2 原子漏斗中物质波的相干性  142-146
  7.3 本章小结  146
  参考文献  146-147
第八章工作总结  147-149
攻读博士学位期间完成的论文  149-151
致谢  151

采用载流导体的原子磁导引及其原子光学器件

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