磁光阱的工作原理
磁屏蔽的基本原理
磁屏蔽的基本原理Magnetic shielding is the process of reducing the magnetic field in a certain space. 磁屏蔽是减少某一空间内磁场的过程。
It is a crucial technique in various fields, including electronics, medical imaging, and scientific research. 这是各种领域中的一项关键技术，包括电子、医学成像和科学研究。
The basic principle of magnetic shielding involves the use of materials that can redirect or absorb magnetic fields. 磁屏蔽的基本原理涉及使用可以重定向或吸收磁场的材料。
There are several methods and materials used for magnetic shielding, each with its advantages and limitations. 有几种用于磁屏蔽的方法和材料，各自都有其优点和局限性。
One common method of magnetic shielding is the use of ferromagnetic materials such as iron, nickel, and cobalt. 磁屏蔽的一种常见方法是使用铁、镍和钴等铁磁材料。
These materials have high magnetic permeability, which means they can absorb and redirect magnetic fields effectively. 这些材料具有高磁导率，意味着它们可以有效地吸收和重定向磁场。
磁光电效应的原理和应用
磁光电效应的原理和应用1. 原理介绍磁光电效应是指材料在外界磁场作用下，光的传播速度和光的偏振方向发生变化的现象。
它是磁场与光场相互作用的结果，具有重要的科学意义和广泛的应用价值。
磁光电效应的原理可归结为克尔效应和磁各向异性效应两个方面。
1.1 克尔效应克尔效应是指材料在外界磁场作用下，光线传播方向发生弯曲的现象。
当光线通过垂直于磁场方向的材料时，由于磁场对光的折射率产生影响，光线会被偏折。
这种现象被称为纵向克尔效应。
当光线通过与磁场平行的材料时，光线传播方向也会发生偏转，这种现象被称为横向克尔效应。
1.2 磁各向异性效应磁各向异性效应是指材料在外界磁场作用下，光的偏振方向发生旋转的现象。
在没有外界磁场的情况下，自然光会以相等的强度沿着所有方向传播。
但是在磁场的作用下，材料会对不同偏振方向的光产生不同的消光或吸收。
这就导致了光的线偏振方向发生旋转。
2. 应用介绍磁光电效应具有广泛的应用价值，在光电通信、光存储、光调制和传感器等领域发挥着重要作用。
2.1 光电通信在光纤通信中，磁光电效应可以用于光纤中光的相位调制和光开关。
通过利用磁光效应使光线偏振方向旋转，可以实现信号的调制和切换。
这种相位调制技术可以提高通信速率和信息传输量。
2.2 光存储磁光电效应可应用于光存储设备中的信息读取和写入。
通过磁场的作用，可以实现光存储介质中的位信息的非破坏性读取，并且能够在存储介质中写入新的信息。
2.3 光调制磁光电效应可以用于光调制器，实现光信号的调制。
利用磁光效应使光线偏振方向发生旋转，可以改变光信号的强度和相位，从而对光信号进行调制。
2.4 传感器磁光电效应在传感器领域也有广泛的应用。
通过测量外界磁场对光电材料产生的影响，可以实现磁场传感器的设计。
利用磁光电效应可以制造出高灵敏度、线性度好的磁场传感器，用于测量磁场的大小和方向。
3. 总结磁光电效应是材料在外界磁场作用下，光的传播速度和偏振方向发生变化的现象。
量子阱激光器
能带的变化导致以下结果：
• (1)带电子与重空穴和轻空穴复合分别产生TE模与TM模，重空穴带与轻空穴带在 带顶处简并解除加剧了TE模与TM模的非对称性。 • (2)不象体材料抛物线能带中载流子必须从接近带底处开始填充那样，量子阱的阶 梯状能带允许注入的载流子依子能带逐级填充。因此注入载流子能量量子化，提 高了注入有源层内载流子的利用率，明显增加了微分增益dg/dN。高微分增益带 来一系列好处：降低了激光器的阈值电流；减少了载流子内部损耗，提高了效率； 提高了激光器的调制带宽，减少了频率啁啾。 • • (3)由于Eg-q>Eg-b,量子阱激光器的输出波长通常要小于同质的体材料激光器。 (4)在导带中子能带沿 的分布仍是抛物线型，而在价带中却远非如此，这是由于重 空穴带和轻空穴带混合（mixing）并相互作用所致，这使得价带的能态密度分布 并不象右图所示的那样呈现阶梯状，而是使价带的能态密度增大，加剧了价带和 导带能态密度的不对称，提高了阈值电流，降低了微分增益，从而使激光器的性 能，这种情况要靠后面要提的应变量子阱来改善。
量子阱激光器 应用
量子阱激光器
• 量子阱材料特别是应变量子阱的引 入给半导体激光器的发展注入了新 的活力，各波段低阈值大功率的 CW半导体激光器相继研制成功， 从而推动了相关应用领域的进一步 发展。
1、量子阱结构使垂直腔表面发射激光器 （VCSEL）
• 所谓表面发射是相对于一般端面发射激光器而言， 光从垂直于结平面的表面发射。而所谓垂直腔是 指激光腔方向（光子振荡方向）垂直于半导体芯 片的衬底，即光子振荡方向与光出射方向一致。 有源层厚度即为腔长，由于有源层很薄，要在如 此短的腔内实现低阈值振荡，除了要求有高增益 的有源介质外，还要求有高的腔面反射率，这只 有到80年代用MBE和MOCVD等技术制成量子阱 材料和分布bragg反射器（DBR）后才有可能。
磁光阱的工作原理
高萍 光电081-2 学号200813501206
多普勒制冷的原理
对于二能级原子 ：
2 为激发态，
1 为基态
ħA 2 1
（ A 为
2，1 上原子 的跃迁频率）
原子源
原子束（
A
激光束
根据多普勒效应延+ｚ轴运动的原子将吸收ｚ方向的光子（能量为L 动量为 L） 而获得动量为 L ，因此将受到光子方向 的辐射压力。
故可得
N 1\3 KTC ( ) 10202
此式意味着在 持有限值的情况下， KT 取有限值，
0
C
N
N 3 保 ，而
在 T T 时，凝聚在基态的粒子数N由 下式确定
N N 0 1.202( KTC 3 )
或
N T 3 1 ( ) N0 TC
故基态 1 上的原子吸收光子 跃迁到激发 态 2 ， 并获得动量为 L，因此将受 到-ｚ方向的辐射压力。
1
将吸-ｚ方向的光子获得动量为ħk，将受到光子方向的辐射压力 2
1、自发辐射，概率相同总动量不变 2、 受激辐射放出动量为ħk的光子总动量不变
2
故在多次的吸收辐射中原子受到平均辐 射压力的作用 有牛顿运动方程
2m
j
eh 2 Bz m j 2m
eh / Bz / 2m eh 2,1 2 / Bz / 2m
2,1 2
延Z轴正向线性增加
eh / Bz / 上的能量最低 在Z>0区域内 2,1 2 2m
eh 2 / Bz / 在Z<0区域内 2,1 2m
一种磁光阱组件的制作方法
一种磁光阱组件的制作方法磁光阱（magneto-optical trap, MOT）是一种用于捕捉和冷却原子的技术，它可以将原子的温度降至几微开尔文甚至更低，使得可以进行更加精细的实验和研究。
为了实现MOT，需要制作出一种能够产生精密磁场和光场的器件，本文将介绍一种磁光阱组件的制作方法。
材料准备制作磁光阱组件所需的材料如下：•长约10厘米的玻璃胶棒•直径为2毫米的短玻璃管•直径为0.5毫米的钨丝或铜丝•直径为2毫米的氩弧焊机头•直径为0.5毫米的热电偶•两台直流电源，一台用于电流稳定，电压为0-3V，电流为0-3A；另一台为普通直流电源，电压为0-30V，电流为0-5A•两台函数发生器，一个用于产生0-20khz的正弦信号，一个用于产生0-20MHz的信号•两个光学元件，一个为半波片，另一个为光学棱镜•一盒银膏、酒精和棉纱制作过程1.初步加工首先，需要将玻璃胶棒切割成两个长度相等的条段，每个约5厘米长。
接着，将热电偶插入短玻璃管中。
接下来，将一个玻璃胶棒穿过短玻璃管，以使其靠近热电偶，另一个玻璃胶棒则从短玻璃管的另一端穿过。
注意不要让热电偶弯曲或扭曲，否则会影响到后续的实验。
2.制作铜丝圈在将钨丝或铜丝绕在氩弧焊机头上之前，需要先用手指将铜丝或钨丝弯成一个圈，圈的大小应该与短玻璃管的直径尽可能相等。
然后，将拐弯处截断，来达到铜丝圈的大小。
最后，将铜丝或钨丝绕在氩弧焊机头上，注意保持圈的大小和形状的平衡。
3.焊接组件接下来，需要将氩弧焊机头放在磁光阱组件的上方，调整氩弧焊机头的位置，使得铜丝圈位于玻璃胶棒的中心。
然后，可以将银膏涂在玻璃胶棒和氩弧焊机头之间，以增强组件的连接稳定性。
最后，以约0.5毫米的定量慢速移动焊接枪，将铜丝与玻璃胶棒、氩弧焊机头焊接在一起。
4.安装光学元件在组装完磁光阱组件后，需要对其进行光学调试。
首先，将一个光学元件（半波片或光学棱镜）安装在磁光阱组件前方，调整光学元件所产生的光线，可以使用一个信号发生器来产生相应的光频信号。
用于碱土金属窄线宽俘获的MOT磁场的
用于碱土金属窄线宽俘获的MOT磁场的方案设计专业：物理学班级：200701 作者：刘洪礼指导老师：任铁未摘要本文首先简要介绍了磁光阱在冷原子研究领域的重要性及它其原理。
其次讨论了反亥姆留兹线圈设计的一些理论知识,以及怎么样得到磁光阱的实验方案。
磁光阱是一种囚禁中性原子的有效手段，高数率的原子磁光阱为进一步实现光学粘团和原子打下了良好的基础，它也可以应用到非线性光学或原子光谱的研究中。
关键词：磁光阱，亥姆榷兹线圈，反亥姆榷兹线圈1.引言利用激光束与一对反亥姆霍兹线圈(anti-Helmholtz coils)所产生的不均匀磁场, 可将中性原子囚禁于某空间范围中, 并同时将原子冷却至极低的温度, 就是所谓的磁光阱(magnetic optical trap,简称MOT), 由华裔著名科学家朱棣文于1986年首先实现.磁光阱MOT 的主要特点是，能同时起到冷却和囚禁原子的作用，其势阱相对较深，能捕获速度相对较大的原子，对激光束方向扰动和激光偏振度缺陷的敏感程度较光势阱低。
低功率、低造价的半导体激光器就可以完成实验（碱金属原子中除了Na）；获得的样品温度低于1mK。
MOT 捕获比纯磁场捕获一个重要的优点在于MOT 中所使用的磁场适中，比纯磁场捕获是使用的磁场强度小100 倍左右。
在MOT 中，磁场仅仅用来产生一个比较小的磁子能级的塞曼分裂，而纯磁场捕获中磁场要足够强以产生一个足够大的磁偶极力。
MOT 还有一个优点在于原子源可以通过原子束的方式注入MOT，也可以通过原子气体的方式注入MOT。
与单一光学阱,磁阱相比., .磁光阱阱深较深, ,冷却效果明显, 可以直接从气室的气体原子中制备冷原子, 目前已经成为广泛使用的冷原子物理研究工具。
)直观上看磁光阱就是辐射压力平衡的三维冷却激光和磁阱在空间上的叠加通常采用六束光沿三个相互垂直的方向两两对射,也可采用三束光在三个垂直方向上各自反射并原路返回的方案。
各束光的偏振必须遵守偶极跃迁选择定则, 同其所处方位因磁场而发生Zeeman , 频移形成的不同子能级间能级分布相匹配,如图1 所示，本文将重点讨论俘获MOT 磁场的方案。
铷原子之玻色-爱因斯坦凝聚
銣原子之玻色-愛因斯坦凝聚文/韓殿君摘要利用雷射冷卻，磁阱囚禁與蒸發冷卻等方式，可將銣原子氣體冷卻至達成玻色-愛因斯坦凝聚所需之數百nK之低溫。
本文將簡介達成此一量子簡併態之實驗原理、方式與過程。
一、前言玻色-愛因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation，以下簡稱玻愛凝聚)之物理現象由愛因斯坦於1924年，以印度物理學家玻色(Bose)之光子統計原理為基礎所提出[1, 2]。
愛因斯坦與玻色之統計原理可推廣至所有玻色子(bosons)，此即所謂玻色-愛因斯坦統計(Bose-Einstein statistics)。
一群由相同(identical)[3]玻色子構成之系統(ensemble)，即使該群玻色子間並無任何作用，隨著溫度降低，並達一臨界值(critical temperature)時，該群粒子將大量且巨觀群聚於該系統之能量最基態，此即所謂玻色-愛因斯坦凝聚，為另一物質態(new state of matter)。
玻愛凝聚與一般所熟知於空間之凝聚現象，如水蒸氣凝結成水等不同。
玻愛凝聚乃系統之組成粒子凝聚於動量空間(momentum space)，雖於特殊情況下亦同時伴隨空間之上之凝聚。
氣態中性原子玻愛凝聚體，因粒子間之距離遠較其為液態及固態時為長，因而粒子間之作用力極弱，且極為接近一理想氣體(ideal gas)之系統。
雖玻愛凝聚現象早於其他系統中被觀測，如液態氦中的超流性(superfluidity)與液態氦庫柏對(Cooper pairs)之形成等[4, 5]。
然而，氣態玻愛凝聚體則提供一極單純、理論上極易分析與處理、且實驗上可操控之絕佳系統。
氣態中性原子玻愛凝聚於1995年由美國科羅拉多大學的康乃爾(E. Cornell)、魏曼(C. Wieman)[6]與麻省理工學院的凱特利(W. Ketterle)[7]等首度於實驗室中達成。
至今全球已超過30個實驗群有能力進行該類實驗。
磁光阱中的囚禁磁场设计
华中科技大学硕士学位论文
double coils, then winded the enamel wire into two loops; (4) We completed the tests of anti-helmholtz coils, including the measurement of the
Key Words: Magneto-optical trapping, Anti-helmholtz coils, Magnetic field gradient.
III
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
(2) According to the demands of the experiment, we accomplished the design of the anti-helmholtz coils. Though the theoretical calculation and numerical simulation, we analysed the distributions of the magnetic field. In this design, we discussed the problems, such as the uniformity of the magnetic field’s gradient, the transient process and heat rejection of the coils, then put forward the solvable scheme;
近代物理创新实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着科技的不断发展，物理学领域的研究也在不断深入。
近代物理实验作为物理学研究的重要手段，对于培养科学精神和创新意识具有重要意义。
为了进一步提高实验教学质量，激发学生的学习兴趣，我们设计了一项近代物理创新实验，旨在探究光子与电子的相互作用，为光电子学领域的研究提供新的思路。
二、实验目的1. 了解光子与电子相互作用的原理和实验方法；2. 通过实验验证康普顿效应，探究光子与电子的散射过程；3. 分析实验数据，总结实验规律，为光电子学领域的研究提供参考。
三、实验原理康普顿效应是指当高能光子（如X射线）与物质中的自由电子发生碰撞时，光子会被散射，同时其波长发生变化的现象。
康普顿效应揭示了光子与电子的相互作用规律，为量子力学的发展奠定了基础。
实验原理如下：1. 当入射光子与电子发生碰撞时，光子将部分能量传递给电子，使其获得动能；2. 由于能量守恒和动量守恒，光子波长发生变化，即发生散射；3. 通过测量散射光子的波长，可以验证康普顿效应，并探究光子与电子的相互作用。
四、实验仪器与材料1. 激光器：用于产生高能光子；2. 电子靶：由自由电子组成的靶材料；3. 检测器：用于测量散射光子的波长；4. 光谱仪：用于分析散射光子的波长；5. 计算机软件：用于数据处理和分析。
五、实验步骤1. 将激光器、电子靶和检测器依次连接，搭建实验装置；2. 设置激光器的参数，调整电子靶与检测器之间的距离；3. 启动激光器，使光子与电子靶中的自由电子发生碰撞；4. 检测器接收散射光子，通过光谱仪分析散射光子的波长；5. 记录散射光子的波长数据，并进行数据处理和分析。
六、实验结果与分析1. 实验结果显示，散射光子的波长与入射光子的波长之间存在差异，符合康普顿效应的规律；2. 通过对实验数据进行拟合，可以得到散射光子波长的变化量与入射光子能量的关系；3. 分析实验结果，可以得出以下结论：（1）光子与电子的相互作用符合康普顿效应的规律；（2）散射光子的波长变化量与入射光子能量之间存在线性关系；（3）实验结果与理论预期相符，验证了康普顿效应的正确性。
铯原子磁光阱及光学偶极俘获的实验与理论研究
铯原子磁光阱及光学偶极俘获的实验与理论研究作者: 刘涛（物理系）.<摘要> 从上世纪90年代发展起来的腔量子电动力学(CQED)从根本上揭示了光与原子的相互作用，光频段腔Q ED对认识原子与光场的作用至关重要：随着冷原子技术与高品质光学腔的发展，原子与光子的相互作用达到强耦合。
由原子、光场、高品质微腔组成了一个介观量子系统，该系统可以很好的验证单原子与单光子作用的量子行为，在薛定锷猫态、量子测量、量子计算、量子态制备、量子通信等领域具有重要研究价值。
而对单原子的有效操控是上述过程的基础。
随着冷原子技术的发展，人们不但可以将原子冷却到绝对零度附近，而且可以通过光学偶极俘获实现单个原子的操控。
虽然在腔内长时间俘获单原子仍是一个挑战，但冷原子技术已使单原子与单光子相互作用的研究成为现实。
本文的工作主要包括以下三方面：第一，采用汽室磁光阱实现了铯原子的激光冷却与俘获；第二，在实现磁光阱基础上，采用红移行波偶极阱实现了铯原子的光学偶极俘获；第三，开展了一系列腔QED前期实验准备工作。
具体如下：1）采用了往返两次通过的声光频移系统结合饱和吸收光谱技术的实验方案，实现了冷却/俘获激光频率相对于铯原子冷却循环跃迁的负失谐锁定，短期频率稳定度约在350KHz以内，并可方便地调节其负失谐量而无须对后续光路再作调整；2）建立了一套基于计算机程序控制的、铯原子激光冷却与俘获实验所需的时序控制系统。
通过声光调制器以及逻辑开关电路，实现了磁光阱光场与磁场等物理量的自动时序控制，可以满足铯原子双磁光阱以及腔QED实验要求；3）设计、建立了一套用于铯原子双级磁光阱以及腔QED的超高真空铯原子汽室及相应的真空机组。
系统上下级汽室的真空度分别维持在2.5×10-6Pa与8.6×10-7Pa左右，可以满足铯原子汽室磁光阱的要求。
4）建立了一套铯原子双级磁光阱光路系统，采用了经过改良的冷却光三束往返对射的方案。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
avi 为平均辐射力
d i m avi F dt
F为自发辐射时收到的反冲力。
因此，原子的速度降低温度降低
磁光阱陷俘的工作原理
有多普勒制冷可知会在平均辐射压力 的作用下会形成光学黏团，将原子汇 聚在一定得区域内，但光学黏团不稳 定，原子会发散或逃逸。故加一势阱， 使原子受到内向力的作用而束缚在一 定得区域内而不发生逃逸，
上的能量最低
m j 1
E
0
1
z
z
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
磁光阱的工作原理图
z
加上-ｚ方向的左圆偏振的激光束， 根据多普勒制冷的原理可知，
Z>0区域内的基态
1 上的原子吸收-Z方向的光子，
跃迁到激发态
2,1 后经自发辐射或受激辐射回到基态
， 1 多次吸收-辐射源自收到-Z方向的平均辐射力而减
速。 从而在平均辐射力和散射力的作用下，原子将被束缚在一 定的小区域内并实现减速，最终实现BEC
故基态 1 上的原子吸收光子 跃迁到激发 态 2 ， 并获得动量为 L，因此将受 到-ｚ方向的辐射压力。
1
将吸-ｚ方向的光子获得动量为ħk，将受到光子方向的辐射压力 2
1、自发辐射，概率相同总动量不变 2、 受激辐射放出动量为ħk的光子总动量不变
2
故在多次的吸收辐射中原子受到平均辐 射压力的作用 有牛顿运动方程
对于磁光阱
在一维情况下，加一平行于ｚ轴的 磁场BZ,
BZ (Z ) AZ
A dB dz 为线性磁场强度
假设基态 1 原子的角动量 J 0 ，无塞 曼位移和分离， 在激发态 2 总角动量 J 1 则 m j 0, 1, 1, 三个磁子能级，
在外场的作用下，由于塞曼效应，三 个能级的跃迁频率随磁场强度而变化
三维阱结构
推导在三维谐振势场中磁光陷阱原子 的BEC德临界温度
其能量表达式
2 x
py2 1 2 2 pz2 1 2 2 p 1 2 2 ( mx x ) ( m y y ) ( mz z ) 2m 2 2m 2 2m 2
这是三维谐振子的能量
则三维协振子的能量可能值为
(
的情况下可以将 i n 看做连续变量，将
C
) 3 d nx d n y d n z
即有
N (
KTC 3 ) nx ny nz
n
d nx d ny d nz
i
e
1
nx n y n z
1
e )
磁光阱的工作原理
高萍 光电081-2 学号200813501206
多普勒制冷的原理
对于二能级原子 ：
2 为激发态，
1 为基态
ħA 2 1
（ A 为
2，1 上原子 的跃迁频率）
原子源
原子束（
A
激光束
根据多普勒效应延+ｚ轴运动的原子将吸收ｚ方向的光子（能量为L 动量为 L） 而获得动量为 L ，因此将受到光子方向 的辐射压力。
anx ny ny 1 1 1 x (nx ) y (ny ) z (nz )nx ny nz 0,1,2,3.... 2 2 2
如果原子时波色子，根据波色分布，温度为T 时处 量子态上的粒子数为
anx ny ny e 1
1 1 1 1 x ( nx ) y ( n y ) z ( nz ) kt 2 2 2
1
由于处在任意量子态上的粒子数均不为负值，所以原 子气体的化学势必低于最低能级的能量，即
0 (x y y )
2
化学势由下式确定
N
e 1 化学势随温度的降低而升高，当温度降到临界 温度TC时µ——0，临界温度由下式确定
nx n y nz
n
n
1
i 1 [ ( x nx y n y z nz ) ] kt
(xyz )
( nx n z n y ) l
1 3
1
则
e
nx n z n y
1
e
nx n z n y
(1 e
( nx n z n y )
e
l ( nx n z n y )
d nx d ny d nz e
nx n z ny
1
e
l 0
l nx
l n l n 1 y z d nx e d ny e d nz 3 1.202 0 0 l l
故可得
N 1\3 KTC ( ) 10202
此式意味着在 持有限值的情况下， KT 取有限值，
0
C
N
N 3 保 ，而
在 T T 时，凝聚在基态的粒子数N由 下式确定
N N 0 1.202( KTC 3 )
或
N T 3 1 ( ) N0 TC
2m
j
eh 2 Bz m j 2m
eh / Bz / 2m eh 2,1 2 / Bz / 2m
2,1 2
延Z轴正向线性增加
eh / Bz / 上的能量最低 在Z>0区域内 2,1 2 2m
eh 2 / Bz / 在Z<0区域内 2,1 2m
N
nx n y nz
i
1
i
或
N
e
1
1 ( x nx y n y z nz ) kt
1
nx n y nz
n
e
nx n y n z
1
i ni ni KTC
i x, y, z
i 1 在 KTC
求和号改为积分号， 在 dnx dny dnz 范围内，粒 子可能的量子态数为 KT