相变温度以上超冷玻色气体一阶空间相干性的研究

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实物粒子具有波动性是物理学领域的一个重大发现。物质波理论最早是由法国物理学家德布罗意提出的,他认为“一般的”物质也具有波粒二象性。正如德布罗意描述的那样,物质波的意义在于:我们描述物质性质的时候不能简单的认为物质粒子是单个粒子,而应该像描述光的性质一样,要同时涉及波动性和粒子性。类似于经典光学中的相干光场,物质波也具有相干性,我们可以通过实物粒子干涉效应来研究物质波的一阶相干性。原子冷却技术的进步将物质波相干性的研究从微观领域推进到宏观领域,例如,玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)这一种新物态的实现,极大地提高了玻色原子气体的关联长度,使得物理学家们可以在实验上直接用两团BEC产生高对比度的物质波干涉图样。相变温度以上的原子气体通常被认为是热原子气体,由于相干长度非常短,很难通过两团原子气体直接叠加产生干涉条纹来研究其一阶相干性。本论文主要利用一维光晶格对磁阱中的87Rb原子气体进行相位调制,研究了相变温度以上超冷玻色气体的一阶空间相干性。  论文的主要工作概述如下:  1.利用波长为1064 nm的激光形成的一维光品格对QUIC阱中相变温度以上超冷玻色气体的一阶相干性质进行了研究。首先,理论上模拟了一维光晶格对热原子的相位调制,计算了热原子的干涉图样。然后在实验上通过吸收成像法获得了相变温度以上超冷原子气体的干涉图样。最后,通过对比理论计算和实验得到的原子气体干涉图样的对比度发现:当原子气体温度非常接近相变温度时,原子气体的相干性明显好于热原子;随着温度的升高,原子气体的相干性逐渐减弱,最终与热原子的相干性完全相同。  2.采用偏振谱技术产生的平衡双极偏光类色散曲线作为鉴频信号,实现了对半导体激光器的频率锁定。由于无需对激光器引入调制,利用偏振光谱技术锁定的激光器比利用传统的饱和吸收技术锁定的激光器具有更高的稳定度。我们利用两束偏振光谱信号产生的平衡双极偏光类色散信号,成功实现了半导体激光器对应于87Rb原子52S1/2 F=2→62P3/2 F=3超精细跃迁线的频率锁定。激光器频率锁定之后,获得在60 s内激光器频率起伏约为0.46 MHz,较相同时间内激光器自由运转时的频率起伏2.6 MHz有显著改善。频率锁定后的激光器,将在实验系统升级时用于87Rb原子的激光冷却。
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