论文部分内容阅读
本论文研究了对相干物质波-铷87原子的玻色一爱因斯坦凝聚体-进行动量操控的两种实验手段:超辐射式光散射以及射频耦合输出原子激光。在超辐射过程中,原子的动量由泵浦光场主动地提供,动量大小为一系列由光子动量决定的分立值,过程结束后原子内态不发生改变。而在射频耦合输出过程中,外加射频场改变了原子内态,但是不主动向原子提供动量,原子的动量受重力作用而连续增加。
针对凝聚体超辐射独特的级联散射现象,本论文采用双频激光泵浦的方法,对级联散射中原子在动量模式之间的跃迁方向开展了研究。研究发现,原子在动量模式之间的跃迁方向主要由光场频率组成来决定,而此前被一些理论工作所强调的光场与物质波重叠区域的大小则起到次要作用。
在双频激光泵浦的实验中还发现,泵浦脉冲双频成分之间的相对相位差对超辐射过程激发的原子数产生影响,但不影响整体的动量模式分布。
本论文同时也用传统的单频激光泵浦方法对超辐射过程中光场的传播效应进行了研究,观察到凝聚体在激光传播方向上的非均匀损耗现象,这是光场在凝聚体范围内传播行为的直接体现。沿长轴泵浦的实验结果与现有的一维半经典理论吻合得很好。由于一维近似忽略了凝聚体在短轴方向上的分布,因此本论文测得的凝聚体短轴方向上动量分布压窄现象尚无对应理论可供对比分析。此外,在双频激光泵浦实验中,同样观察到凝聚体长轴方向损耗分布对双频频差表现出依赖性,这也是光场传播效应的体现。
本论文用射频耦合输出的方法,在国内首次实现了脉冲和连续输出的原子激光。为了对射频强耦合过程进行定量测量,在阱中重叠的|2,2>态和|2,1>态原子团被激发进行不同频率的集体质心振荡。一段时间后两团原子在空间中分离,从而可以通过吸收成像法独立地对原子数进行测量,并与理论进行比较。
此外,本论文还对原有玻色一爱因斯坦凝聚实验系统进行了改进,重新设计了磁阱系统与吸收成像光学系统,取得了很好的实验效果。