论文部分内容阅读
基于超冷原子的超流研究是当前超冷量子气体研究的重要方向。本论文中首先介绍了基于6Li和41K的玻色-费米超流混合系统的实验实现。为了实现超流混合,实验中首先搭建了一套包括超高真空系统、共振激光系统、激光频率锁定与功率控制系统、磁场系统、时序控制系统、射频系统、水循环冷却系统、运行状态监控系统等的复杂的实验装置。然后实验对原子实施激光冷却。激光冷却过程包括6Li原子的塞曼减速器和41K原子的改良型的2D+MOT,双原子3DMOT,压缩磁光阱,6Li原子的UVMOT和41K原子的Gray Molasses等。通过激光冷却之后,原子团通过光泵浦极化之后装入到磁阱中并采用磁输运的方式输运到科学实验腔中。在科学实验腔的光塞磁阱中,实验中进行了光塞磁阱的射频蒸发冷却和6Li原子的协同冷却过程。在这一过程中,通过RF信号将阱边缘的高能41K原子驱除出束缚阱,而剩余原子则不断热平衡,最终降低原子团温度,提升相空间密度。与此同时,6Li原子将会通过与41K原子的碰撞而以协同冷却的方式同时得到冷却。光塞磁阱蒸发冷却完成之后,实验将原子团从磁阱转移到特殊设计的椭圆形光阱系统中。在光阱中实验首先通过射频技术将41原子转移到最低能量态,而6Li原子则制备成最低和次低能量态的平衡混态。然后实验中实施光阱蒸发冷却过程。通过缓慢降低光强,实验最终在圆盘形光阱中实现了超流的混合体,其中共有1.8× 105 41K原子（简并原子团比例大于80%）和1.5 × 106 6L1原子（T/TF<<8%）。在光塞磁阱的射频蒸发过程中,实验还通过精确调节磁阱射频蒸发冷却过程,实现了磁阱的玻色-费米的简并混合。在实验实现的超流混合体后,首先通过分别确认两个组分均进入超流态以及两个超流体的空间重叠确认了超流混合体的存在。然后通过观测原子团的空间分布,观测到了两种超流体之间的相互作用并通过理论计算给出了平均场的解释。然后实验通过采用两束蓝失谐激光扰动以改变势阱形状并产生旋转的势阱,分别在单独的41KBEC、6Li的分子BEC、6Li的BCS超流、以及41KBEC和6Li BCS超流混合体中制备了量子化得涡旋阵列,并通过精确测量量子化涡旋的产生参数以及一系列的对比实验,能够观测到41超流对6LiBCS超流中量子化涡旋的产生以及寿命都有着显著的影响。在本论文中还介绍了本人在2010年到2012年参与的自由空间量子通信实验和量子卫星的部分工作。主要介绍了我们在青海湖地区实现了超过100km的量子纠缠分发和97km的量子隐形传态实验。实验一方面证实了即便在距离达到100km量级时依然能够得到破缺经典极限的纠缠分发结果以及量子态的隐形传输,另一方面也为后续的量子卫星实验平台积累了宝贵的经验。而量子卫星部分的工作主要是为量子卫星的纠缠源系统设计的一套光纤自动偏振控制的原型系统,该系统已经在量子卫星上得到了应用。