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中性分子的激光聚焦与静电导引

作　者: 夏勇
导　师: 印建平
学　校: 华东师范大学
专　业: 光学
关键词: 分子光学聚焦中空光束分子静电导引分子芯片导引效率超声分子束纵向温度横向温度
分类号: O561
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

由于冷分子具有非常丰富的内态结构，可以应用到分子的精密光谱测量、冷分子碰撞、量子信息处理等方面，冷分子的产生和应用的研究得到了快速的发展。本文首先综述了中性分子的冷却、囚禁及其操控的原理、实验及其最新进展；其次，我们提出了产生聚焦空心光束的实验方案，讨论了它在原子分子光学中的应用。再次，就“极性冷分子静电导引”进行了系统的理论和实验研究；最后，就本文的研究工作进行了总结，并就本课题的未来研究进行了展望。本文研究了一种产生聚焦空心光束的实验方案，讨论了它在原子分子光学中的应用。因为这种聚焦的中空光束在它的焦平面上有很小的DSS（暗斑尺寸），它能够用来聚焦原子束（或分子束）以形成原子（或分子）透镜，由于在焦点附近具有绝对高的强度梯度，通过Sisyphus强度梯度冷却来冷却和囚禁中性原子，还可以用来研究冷原子在聚焦中空光束中的绝热压缩和绝热膨胀的过程。同时研究发现，在焦平面上，聚焦中空光束的DSS越小，光学势越大，对应的最佳失谐量δ越大，越有利于形成原子透镜。因为这不仅容易得到较高分辨率的原子透镜，而且还可以减少在聚焦中空光束中原子的自发辐射和光子散射效应。本文提出了一种在芯片表面实现极性冷分子静电导引的新方案。我们计算了芯片表面的空间电场强度的分布，分析了静电导引系统的不同的几何参数和电场强度（最大有效囚禁势、梯度力）之间的关系。我们的研究表明，在绝缘介质表面产生的空心静电导管可以沿着z方向导引弱场搜寻态的极性分子，可以得到较高的导引效率。当导体棒之间的半宽度a较小，半径r₀较大，与接地平板之间的距离b较小时，导引电压越大，最大横向有效囚禁势越大，对极性冷分子的横向约束就会越紧，在空心静电导管中导引冷分子的平均直径（也即平均横向运动范围）越小。在一定条件下，特别当平均直径接近丁冷分子的德布罗意波长时，有可能实现冷分子的单模波导。甚至可以采用弯曲静电导引来产生一束连续的冷的极性分子束。而且我们研究的静电导引方案同样也可以用来构建各种不同的分子光学器件：如分子漏斗，分子分束器和分子干涉仪等。本文在实验上测量了丙酮、氰气和重水超声分子束纵向和横向的速度分布。研究发现超声分子束的纵向平动温度随着脉冲阀宽度的减小而减小。我们实验研

全文目录

论文摘要  5-7
英文摘要  7-13
第一章中性分子的冷却、囚禁与操控  13-57
  1.1 引言  13-14
  1.2 中性分子的静电、静磁和光操控原理  14-16
  1.3 中性分子的冷却  16-30
  1.4 中性分子的囚禁  30-37
  1.5 中性分子的操控(包括导引，反射，聚焦，衍射与干涉)  37-54
  参考文献  54-57
第二章聚集空心光束的产生及其在原子分子光学中的应用  57-80
  2.1 引言  57-58
  2.2 聚焦空心光束的产生方案  58-60
  2.3 聚焦空心光束在自由空间的传播特性  60-64
  2.4 聚焦空心光束在焦平面上的聚焦特性  64-67
  2.5 聚焦空心光束在原子分子光学中的潜在应用  67-77
  2.6 本章小结  77-79
  参考文献  79-80
第三章超声分子束的理论及其实验研究  80-110
  3.1 引言  80
  3.2 超声分子束形成的基本原理及其相关理论  80-88
  3.3 超声分子束的实验研究(包括实验装置、测量方法与实验结果)  88-107
  3.4 超声分子束纵向平动温度与脉冲宽度的关系  107
  3.5 本章小结  107-109
  参考文献  109-110
第四章极性分子的选态和聚焦  110-128
  4.1 引言  110
  4.2 中极性分子在静电场中的STARK效应  110-119
  4.3 六极杆(静电六极透镜)的选态和聚焦作用  119-126
  4.4 本章小结  126-127
  参考文献  127-128
第五章极性冷分子的静电表面导引及其应用  128-148
  5.1 引言  128
  5.2 原理性方案与公式推导  128-131
  5.3 理论计算与分析  131-140
  5.4 潜在应用:分子光学器件  140-145
  5.5 本章小结  145-147
  参考文献  147-148
第六章 D_2O冷分子静电导引的实验研究  148-161
  6.1 引言  148-149
  6.2 静电导引的实验装置与静电导管的空间电场分布  149-156
  6.3 实验结果与分析讨论  156-159
  6.4 本章小结  159-160
  参考文献  160-161
第七章 D_2O/CH_3Br冷分子在芯片表面静电导引的理论与实验研究  161-178
  7.1 引言  161-163
  7.2 分子导引效率的理论计算及其Monte-Carlo模拟  163-169
  7.3分子导引效率的理论计算  169-172
  7.4 实验研究与结果分析  172-176
  7.5 本章小结  176-177
  参考文献  177-178
第八章总结与展望  178-182
  8.1 工作总结  178-180
  8.2 本文的创新之处和今后工作的展望  180-182
附录: 博士研究生阶段发表与待发表的论文目录  182-184
致谢  184

中性分子的激光聚焦与静电导引

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