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本文阐述了作者在锶原子光钟实验中进行的一系列有关锶原子的塞曼减速与冷却囚禁的理论和实验研究工作。主要工作集中在设计锶原子的塞曼减速器的线圈分布以及实现461nm88Sr磁光阱冷却原子云的温度测量,辅以前期相关的理论推导。以上内容共同作为本人申请理学硕士学位的研究工作内容。
对于塞曼减速器的设计,首先考虑在本实验炉温条件下(T=85K)出射原子束的流量以及磁光阱半径对于原子束横向速度的限制,确定塞曼减速器的长度为330mm。以激光冷却原理和塞曼效应为基础推导出过零点的磁场模型公式B=314—825.5√1—4.16|z|,并分析了计算叠加磁场相对于理想磁场的匹配精度对塞曼减速效率的影响。
塞曼减速器的磁场随空间的分布应准确地与原子速度相匹配,以维持较高的冷却效率。但国内并无塞曼减速器磁场匹配精度的相关报道,也没有给出解决方法,本文中便提出以优化设计程序为基础的塞曼线圈设计方法。这种方法能够在给定的物理参数和目标磁场的前提下,迅速地优化计算出准确匹配目标磁场的线圈分布。本实验中在线径为1.1mm,电流为5A的情况下,得到的计算磁场与理想磁场的匹配误差在1%左右,满足了塞曼减速实验的要求。利用优化设计程序,还可以对塞曼减速器的其他物理参数进行优化,达到最佳的磁场匹配度。
在后续的461nm blue MOT的实验中,本文对磁光阱的基本原理及如何用原子云膨胀吸收法测量其温度进行了较为详细的介绍。在数据拟合阶段,以基于Labwindows-CVI平台的曲线拟合程序实现了实时的曲线拟合运算,并得到如下结果:拟合参数vrms=1.4332 m/s,由此计算出原子云温度T=21.7mK,拟合均方误差Mean Squared Error=7.4805E-10。
在结尾处总结了本文的主要工作和创新点。