用于腔量子电动力学实验的铯原子双磁光阱及其冷原子输运研究
实验光泵磁共振实验
实验 光泵磁共振实验在五十年代初期，法国物理学家卡斯特勒（A ·H ·Kastler ）提出了光抽运（optical pumping ，又称光泵）技术，并发现和发展了研究原子核磁共振的光学方法，因此于1966年荣获诺贝尔物理学奖。
光抽运（即光泵）是用圆偏振光束激发气态原子的方法，以打破原子在所研究的能级间的玻耳兹曼热平衡分布，造成所需的布居数差，从而在低浓度的条件下提高了核磁共振强度，这时再用相应频率的射频场激励原子的磁共振。
在探测核磁共振方面，不是直接探测原子对射频量子发射或吸收，而是采用光电探测的方法，探测原子对光量子的发射或吸收。
由于光量子的能量比射频量子高八个数量级，所以探测信号的灵敏度比一般磁共振探测技术高八个数量级。
三十多年来，用光抽运——磁共振——光电探测技术对许多原子、离子和分子进行了大量研究，增进了对微观粒子结构的了解。
如对原子的磁矩、朗德因子g ，能级结构、塞曼分裂等，尤以对碱金属原子（铷等）激发态精细与超精细结构的研究方面起了很大推动作用。
此外光抽运技术在激光、原子频标和精测弱磁场等方面也都有广泛的应用。
本实验以碱金属——铷（Rb ）原子做为研究对象，所涉及的物理内容丰富，应用到原子物理学，光学，电磁学及无线电电子学等方面的知识，并定性或定量地了解到原子内部的很多信息。
它是典型的波谱学教学实验之一。
实验原理1、 铷（Rb ）原子的精细结构与超精细结构能级本实验研究气态的自由原子——铷（Rb ）,它和所有碱金属原子Li 、Na 、K 一样，在紧紧束缚的满壳层外只有一个电子。
铷的价电子处于第五壳层，主量子数n = 5。
n 为5的电子，其轨道量子数L = 0，1，2，3，4，(n -1)。
基态L = 0，最低激发态L = 1，电子自旋量子数s = 1/2。
由于电子的轨道运动与自旋的相互作用（即L-S 耦含）而发生的能级分裂，称为原子的精细结构（见图1）。
轨道角动量L P 与自旋角动量S P 合成为总角动量S L J P P P+=。
【doc】铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化
铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化7槲第45卷第l0期1996年lo月物理学No10.October.19961000—3290/96/45(10)/1622—07ACTAPHYSICASINICA@1996ChinPhysSoc铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化陈橡宗筝义民吉望西华景山姚继良杨末海王义道晾大础嚣"m"O3-~z1995720.(年月日收到)'究了铯饱和吸收光谱随抽运光强度变化的情况.特别是,:一,:的曾线的变化行为在线偏振光抽运,线偏振光检测的情况下,计入所有相关的Zeeman子能级之间的跃迁,考虑光抽运与饱和效应的共同作用,运用Runge-Kutta法则求解粒子数方程,计算得出的饱和吸收谱与实验结果符台得较好j丕给出了较直观的物理解释PACC:3280;3220F;0765G1引言碱金属气室的饱和吸收光谱被广泛应用于高分辨率光谱学,激光频率稳定等领域.近年来.由于铯线(852rim)和铷线(780rim)渡长范围的窄线宽半导体激光器的广泛应用,铯和铷的饱和吸收光谱特别受到科研工作者的注意.在量子光学的许多分支中都应用碱金属气室.例如铯原子气室可用于做冷却和囚禁原子的磁光阱的实验.产生磁光阱的激光频率需要锁定在饱和吸收光谱的某一条谱线上l1J,目而研究铯的饱和吸收谱是很有意义的.由于铯原子基态和线的激发态有超精细结构,在饱和吸收光谱实验中,光抽运起着非常重要的作用,这使得观察到的谱线与简单地用两能级模型估计的结果不一致.Nakayama用简单的一次抽运的四能级模型从理论上得出了弱光抽运情况下铯和铷的饱和吸收谱的主线和交叉线的相对强度,但没有考虑饱和效应].Yang用三次光抽运的模型计算了cs的饱和吸收谱J.文献[4]的实验发现Cs6S】/2F=4—6PmF=5跃迁线的正负随着抽运光强度的变化很敏感,也就是说当抽运光强度增加时该信号的符号会改变,但没有给出理论解释.我们在线偏振光抽运,线偏振光检测的情况下从理论上预言铯饱和吸收谱的形状并给出直观定性的物理解释.同样的理论分析也适用于其他的碱金属原子跃迁线和其他的偏振组态.2实验装置实验装置见图I,使用外腔弱光反馈压窄线宽的半导体激光器(SDL)作为光源.其线宽小于1MHz经过偏振棱镜后变为线偏振光,用一块厚的平板玻璃反射出两束平行的弱国家自然科学基金资助的课题10期甘建华等:铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化1623图1铯饱和吸收光谱的实验装置光束作为检测光,它们经过衰减片,铯气室和一块半透半反镜后到达一对光电管上.透过厚玻璃的强光束经过反射镜,可变衰减片,半透半反镜后作为抽运光,它从相反方向与两束弱光束的其中一束在铯气室内重合.抽运光的光强可以通过衰减片调节铯气室为直径20mrll长20mm的圆柱泡,处于室温20℃的环境下.并被包裹在磁屏蔽层中,以消除外界磁场的影响.一个电流一电压变换放大器把两个光电管的信号相减并放图2线偏振光抽运,线偏振光检测示意囤大,以消除多普勒本底,它的输出信号接至存储示波器,可以通过RS232接I:1把饱和吸收谱的数据传送到PC机中.抽运光和检测光都为线偏振且偏振方向平行,取定量子轴方向沿着光的偏振方向.则两束光均为偏振,如图2所示.3理论模型由于较强的光作用使得一个跃迁产生一定程度的饱和,从而在基态和激发态之间产l624物理45卷F4F3F=2'l…一一一r_1一'…r.!一TLj—Ilf;IIIIIfllIILII.L—I1._J.—1.1.』囤3Cs厩于62S1/,和6zP蚍能级的超精细结构噩相关的跃迁生光学相干是饱和光谱的内在特性但是当基态为多能级时,光抽运变得相当重要[2,甚至起着决定性的作用,即使在抽运光的光强很弱的情况下,由于光抽运使得我们也能观测到较强的信号.在这种情况下,光学相干可被忽略,因而可用速率方程而不是用Bloch方程来处理这个问题,用它可很好地懈释弱抽运光情况下的饱和吸收谱的行为.当抽运光变强时,必须考虑到饱和效应,即不再忽略激发态的粒子数,这样就能解释在抽运光变强的过程中饱和效应和光抽运效应的共同作用使得饱和吸收谱信号的表现形式不同的现象.作为近似,我们发现速率方程仍能用于处理抽运光较强的情形cs原子能级如图3,考虑6S1,2F=4—6P3,2F3,4,5的跃迁,原子与抽运光的作用用所有相关子能级的粒子数的速率方程来描述:62sl,2F=4,IF,ri1)=I4,一4),I4,一3),…,j4,4)上的粒子数记作I(,t),2(口,),…,?/9(口,);激发态6P3/2F:3,JF,ril'y)=.3,一3),I3,一2),…,13,3>上的粒子数记作10(口,t),l1(,t),…,16(,t);62P3/2F=4,1F,mF)=I4,一4),l4,一3),…,4,4)上的粒子数记作17(口,),18(,t),…,25(口,t);6P3/2F=5,1F,Ill'F)=15,一5),}5,一4),…,15,5)上的粒子数记作26(,t),27(口,t),…,3(,).我们考虑的所有Zeeman子能级间的相对跃迁几率如图4所示对于基态各子能级62slnF=4,lF,脚),=一4,…,0,…4速率方程具有下列形式[,…w+∑(,￡)(wF(w,)+A:),(1)其中=1,2, (9)对于激发态子能级,速率方程具有下列形式[5],=～c9w…一(,t)AF'm+∑.(,t)w(,),(2)其中=10,11,…,36;A为激发态子能级到基态62Sl/2F=3,4所有子能级的自发跃迁几率之和,A为激发态子能级i至基态子能级的自发跃迁几率,它可以表示为A:=r(n一,)(3)+一～_-1建华等:铯饱和吸收光谱箍抽j兰光强度的变化5-4鞠32j驱10褥F¨=4m't7/'240;F;4mF=3r/i:Il1H"l1F (4I)锥艇,霄孙\』上.△_罔4cs原子6】.2F=4—6%2F=3.4,5跃迂对应的Zeeman子能缀问的相对跃迁1_乙率w(,)为在偏振光作用下激发态子能级i至基态子能级的受激发射跃迁几率3zr(.~l(n.,)(…一+((1㈧(4)w(,)为在偏振光作用下基态子能级i至激发态子能级的受激吸收跃迁几率睁,,(5)(n一)为lF,m)一lF,n跃迁的相对跃迁几率,』为抽运光的光强,=I/n为饱和参数,为饱和光强(J=11Ⅵr/),为激光的角频率,为i)一)跃迁的角频率,r为铯原子62P1/2能级的寿命,c为光速,h为Plan&常数,K为抽运光的波矢量,为原子沿K方向的速度分量,为谱线的线宽,包括自然线宽,激光线宽,碰撞增宽,渡越时间增宽的贡献.至此我们建立了包括基态F=4和激发态F3,4,5所有子能级在内的速率方程,由于未受激光作用时原子处于热平衡分布,所初始条件为珥(,0)=(i=l,…,9);(,0)=0(=10,…,36).运用Ru~ge-Kutta法则可对这36个线性微分方程组成的方程组进J行数值积分,积分时间选为兰(d为抽运光束直径,在实验中抽运光束与检测光束重台,口为铯原子的横向平均速率),得出(,),(i=l,2,…,36).检测光很弱,它检测上下能级的物理45卷粒子数差,对于检测光吸收的改变即我们所得到的饱和吸收谱信号s(,)(对于检测光的吸收减小时信号为正,对于检测光的吸收增大时信号为负)s(,)=C1∑∑(,f)一(,)一(,0)]=1^=1o××(6)其中c为一负的系数,它与检测光的光强有关,i为基态子能级,为激发态子能级, (.,O)为没有光的作用时基态子能级上的粒子数.由于检测光波矢为一K,所以最后一项的分母中一因子成为(一+K).在光波矢方向上铯原子的速度分布为Maxwel1分布,m√(茄)exp)_㈣其中m为铯原子质量,kB为Boltzmann常数,丁为铯原子所处环境的绝对温度实际观察到的饱和吸收谱信号S()/2为S(,)对所有速度求积分,…s()=lS(,72)f()dv.(8)4实验观察和物理解释实验中用锯齿波扫频,使激光频率扫过62S1/2F=4—6P3nF3,4,5跃迁线,可以相对频率,M相对频率/Mltz(a)仆)图5cs62Sl,2F=46PF=3,4,5的饱和吸收谱线(为饱和参数)(a)实验得到的谱线,(b)理论计算得到的谱线一y一2一∞_口工%\毹韶牟10期甘建华等:铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化1627得到三条主线I3.I,I5及三条交叉线I3-|II3,5,I4.5,检测光强为40/~W/cm,取s=0.8,4, l6等值.得到的谱线如图5(a)所示(由于实验中扫频锯齿波的变化,不同值的谱线频率位置不能严格对齐).用这些参数进行理论计算,得到的结果如图5(b)所示,可以看到理论计算结果与实验符合得相当好,随抽运光强变大.各线的强度均有变化跃迁信号的线形和相对高度都与抽运光光强有关,这进一步证实了信号的形状与光抽运的强弱有关只有6S1/2F=4—6P3/2F=5跃迁信号(I5)的符号会改变,其他跃迁信号(I3,I4,I3.4,I3.5.I.5)的符号总是正的在抽运光光强小的时候,6zS】,2F=4—6PF=5跃迁对应的饱和吸收信号为负.负的信号代表对检测光吸收的加强因为在多能级系统中有效的需要多个自发辐射周期,偏振抽运光较弱时,在一定的作用时间内.光抽运的结果使得原子在基态F=4,lmFl小的态聚集,而对于偏振的检测光,F=4,mFl小的态具有较大的受激吸收跃迁几率,这导致了在该跃迁频率处对于检测光的吸收变强,表现为负的信号.当抽运光光强大的时候,饱和效应变得突出,上能级F=5的粒子数增加,受激发射使检测光变强;下能级F=4的粒子数减少,对于检测光的受激吸收减小,总的效果为对于检测光的吸收减小.表现为正的信号.特别有趣的是在适当的抽运光光强情况下.F=4一F=5跃迁线表现为在一个较宽凹陷的中间有一个向上窄的尖峰这可以作如下解释:当激光频率偏离共振中心频率时,光抽运的效果仍较强,但是在上能级的粒子数则不多,即饱和不明显,这与共振时但抽运光光强小时的光抽运效果是一样的,导致对检测光的吸收加强,因而在F=4一F=5的共振线中心两侧的信号为负;当激光频率更加靠近中心时,跃迁几率变大,上能级粒子数增加,饱和效应显着,使得对于检测光的吸收减小,表现为向上的尖峰.这个尖峰的中心并不与宽的凹陷中心即F=4一=5跃迁线的中心重台,这个偏移是由于抽运光的光压引起的j抽运光的光压改变了原子的速度分布,检测光感受到这个速度变化从而导致了这个偏移.由于F=4一=5跃迁是一个封闭的系统,因而光压的影响得以表现¨本文研究了cs6S】,2F=4—6P3/2F3,4,5的饱和吸收谱线随抽运光光强变化的情况光抽运效应,饱和效应的竞争导致了这些变化,光抽运引起粒子在基态各子能级的重新分配和计入上能级的粒子数的存在,是理论分析的关键.对于F=4一F=5跃迁信号的行为进行了解释,抽运光弱时,光抽运起主导作用,信号为负;抽运光较强时,光抽运和饱和效应的作用大致相当,因而在凹陷中间又出现了一个向上的尖峰;当抽运光进一步变强时,饱和效应占主导地位,表现出的信号为正.用速率方程对于不同抽运光强下的饱和吸收谱进行了计算,所得结果与实验符台得相当好,同样的理论分析也适用于其他的跃迁线和其他偏振组态的饱和吸收谱感谢与郑乐民教授的有益讨论]A.Clairon,CS~tomon,SGueltati,WDPhillips,EurophysLeft.16(199D,1651628物理45卷2[3][4]【5]l6】[7]SNakayama.JPJApplPh3~-,z4(1985),1D.HY attg,Y.0Wang.OptCommun.,74(1989),54HSLee.SEPark】DPark,HCho,,.OptAm,BII(1994),558VIBaiykin.OptCommun.33(1980).31RGrimm.JMiynek.Appl,B49(1989).179一OSchRfidt,KMKn神k,Rwynas,DMes^hede,^矗,Phys,B59(1994),167 THEDEPENDENCEoFCsSA TURATEDABSoRPTIoN SPECTRAoNTHEINTENSITY oFPUMPINGLIGHT GANJlAN—HUACHENXU-ZONGLtYt.MINJlWANG-XIHUAJING-SHANYAOJI-LIANGY ANGL~JNG-HAIWANGYI—QIU (DepartmentofRadmElectronicsPekingUni~rsity,B~iing100871)(Received20Jtdy1995)ABSTRACT ThedependenceofCssaturatedabsorptionspectraontheintensityofpumpinglight,es—peciallythatofthespectrumoI62S1/2F:4÷6P3/2F=5,wasmeasuredandcalculated Whenthepumpinglightandprobinglightwerelinearlypolarized,therelativemagnitudesof theresonancesignalswerecalculatedbysolvingaset0{rateequationswithRunge—Kuttaal —gorithm,takingintoconsiderationtheopticalpumpingprocessandthesaturationintheZee—mansublevelsofthehyperfinestructure.Thetheoretiealealculationswereingoodagreement withtheexperimentalresults.PACC:3280;3220F;0765G。
玻色-爱因斯坦凝聚理论研究
南京师范大学泰州学院毕业论文（设计）（ 2014 届）题目：＿＿玻色-爱因斯坦凝聚理论研究＿院（系、部）：信息工程学院＿＿＿＿专业：物理学（师范）＿＿＿＿姓名：严加林＿＿＿＿＿＿学号： 12100134 ＿＿＿＿＿指导教师：朱庆利＿＿＿＿南京师范大学泰州学院教务处制摘要玻色-爱因斯坦凝聚(玻色—爱因斯坦凝聚)是科学巨匠爱因斯坦在80年前预言的一种新物态。
这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。
即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。
形象地说，这就像让无数原子“齐声歌唱”，其行为就好像一个玻色子的放大，可以想象着给我们理解微观世界带来了什么。
本文针对玻色-爱因斯坦凝聚这一课题，综述了玻色-爱因斯坦凝聚理论的诞生和发展、概念及其形成条件。
在凝聚体实现发面，随着科学技术的发展，我们实现了玻色-爱因斯坦凝聚。
1995年，随着 JILA 小组、MIT小组、Rice大学的试验成功，玻色-爱因斯坦凝聚到热浪被推上了高潮。
本文中还将介绍一些玻色—爱因斯坦凝聚的实验和国内外的研究动态，最后展望了其发展前景。
关键词：玻色-爱因斯坦凝聚，激光冷却与囚禁，原子激光AbstractBose Einstein condensation (BEC) is a new material predicted by science master Einstein in 80 years ago. Here the "cohesion" is different from condensation in everyday life. It says that different states of atomic suddenly "condensed" to the same state (usually the ground state). In different states of atoms "condensed" to the same state. Figure ground says, this is like so many atomic "sing in union", amplifying its behavior as a boson, you can imagine what brings to our understanding of the microscopic world. According to Bose Einstein condensates of this topic, reviews the Bose Einstein condensates birth and development, theory and its formation conditions. In the realization of yeast aggregates, with the development of science and technology, we realize the Bose Einstein condensation. In 1995, with the test of JILA group, MIT group, Rice University's success, Bose Einstein condensates to heat was pushed to the climax. This paper will also introduce some of Bose Einstein condensation in the experiment and research dynamic status, and its development prospects.Keywords: Bose Einstein condensation, laser cooling and trapping, Atom laser目录摘要 (1)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 冷原子 (1)1.2 玻色-爱因斯坦凝聚 (1)第二章玻色-爱因斯坦凝聚的研究历史 (2)2.1 玻色-爱因斯坦凝聚的诞生 (2)2.2玻色-爱因斯坦凝聚的发展 (2)第三章玻色-爱因斯坦凝聚的概念及形成条件 (5)3.1 玻色-爱因斯坦凝聚的概念 (5)3.2 实现玻色-爱因斯坦凝聚的物理条件 (6)第四章玻色-爱因斯坦凝聚的实验简介 (8)4.1 实现玻色-爱因斯坦凝聚的探索 (8)4.2 Colorado大学的JILA小组的工作 (10)4.3 MIT小组的工作 (10)4.4 Rice大学的工作 (11)4.5 其他小组的工作 (12)第五章玻色-爱因斯坦凝聚的研究动态 (14)4.1 国外动态 (14)4.1 国内动态 (15)第六章玻色-爱因斯坦凝聚的前景展望 (17)结束语 (18)致谢 (19)参考文献 (20)第一章引言1.1冷原子近年来，超冷原子物理学蓬勃的发展起来。
里德堡原子的电磁感应透明及其应用研究
里德堡原子的电磁感应透明及其应用研究电磁感应透明（electromagnetically induced transparency EIT）是光与物质相互作用中表现出来的一种特殊的非线性效应,是两束激光与原子共振作用时产生的量子相干效应。
利用EIT效应可以实现光脉冲的减慢与储存,介质折射率增强,微波探测及单光子源的制备等。
目前人们已经在不同介质中实现了 EIT,研究了 EIT效应随相干电磁场及系统参数变化的规律,揭示了量子相干的物理机制。
由双光子激发与里德堡原子形成阶梯型三能级系统,里德堡原子的EIT效应成为近年来人们关注和研究的热点。
里德堡原子是指外层电子被激发到主量子数（n）很高的激发态原子,可以视为原子实和一个外层电子构成的类氢原子。
里德堡原子半径大（<sup>n</sup>*<sup>2</sup>,n*为有效主量子数）,寿命长（<sup>n</sup>*<sup>3</sup>）,相互作用强(<sup>n</sup>*<sup>11</sup>)等特性。
因此由里德堡原子组成的量子体系具有较长的相干时间。
里德堡原子能级间隔小(<sup>n</sup>*<sup>-3</sup>),处于射频波段,可以由射频场耦合里德堡原子,实现射频场对里德堡原子相互作用的调控,同时提供了一种测量微波场场强的新技术。
本文以室温铯原子样品为研究对象,由铯原子的基态(6S<sub>1/2</sub>),激发态(6P<sub>3/2</sub>)和里德堡态（nS/nD）构建了阶梯型三能级系统,研究了里德堡原子EIT效应以及射频场与里德堡原子相互作用时的EIT光谱,获得了里德堡原子EIT的调制解调光谱,射频边带光谱以及射频双光子EIT-AT光谱,研究了里德堡EIT与射频场参数的依赖关系,提出了一种宽带自校准的射频场的精密测量方法。
1997年诺贝尔物理学奖激光冷却和陷俘原子
·1997年诺贝尔物理学奖——激光冷却和陷俘原子朱棣文科恩－塔诺季菲利普斯1997年诺贝尔物理学奖授予美国加州斯坦福大学的朱棣文（Stephen Chu，1948—），法国巴黎的法兰西学院和高等师范学院的科恩－塔诺季（Claude Cohen －Tannoudji，1933—）和美国国家标准技术院的菲利普斯（William D.Phillips，1948—），以表彰他们在发展用激光冷却和陷俘原子的方法方面所作的贡献。
激光冷却和陷俘原子的研究，是当代物理学的热门课题，十几年来成果不断涌现，前景激动人心，形成了分子和原子物理学的一个重要突破口。
操纵和控制单个原子一直是物理学家追求的目标。
固体和液体中的原子处于密集状态之中，分子和原子相互间靠得很近，联系难以隔绝，气体分子或原子则不断地在作无规乱运动，即使在室温下空气中的原子分子的速率也达到几百m/s。
在这种快速运动的状态下，即使有仪器能直接进行观察，它们也会很快地就从视场中消失，因此难以对它们进行研究。
降低其温度，可以使它们的速率减小；但是问题在于：气体一经冷却，它就会先凝聚为液体，再冻结成固体。
如果是在真空中冷冻，其密度就可以保持足够地低，避免凝聚和冻结。
但即使低到－270℃，还会有速率达到几十m/s的分子原子，因为分子原子的速率是按一定的规律分布的。
接近绝对零度（－273℃以下）时，速率才会大为降低。
当温度低到10-6K，即1微开（μK）时，自由氢原子预计将以低于25cm/s的速率运动。
可是怎样才能达到这样低的温度呢？朱棣文、科恩－塔诺季、菲利普斯以及其他许多物理学家开发了用激光把气体冷却到微开温度范围的各种方法，并且把冷却了的原子悬浮或拘捕在不同类型的“原子陷阱”中。
在这里面，个别原子可以以极高的精确度得到研究，从而确定它们的内部结构。
当在同一体积中陷俘越来越多的原子时，就组成了稀薄气体，可以详细研究其特性。
这几位诺贝尔奖获得者所创造的这些新研究方法，为扩大我们对辐射和物质之间相互作用的知识作出了重要贡献。
介观物理学中的量子输运理论
介观物理学中的量子输运理论介观物理学是研究介于微观和宏观尺度之间的物理现象的学科，而量子输运理论是介观物理学中的一个重要分支。
它研究的是在量子系统中，如何描述和预测粒子的输运行为。
量子输运理论在材料科学、能源领域和信息技术等重要领域有着广泛的应用。
本文将介绍量子输运理论的基本原理和一些相关的研究进展。
量子输运理论的核心是描述粒子输运的方程，其中最基本的方程是量子布洛赫方程。
该方程描述了材料中的电子在外加电场和散射作用下的运动。
通过求解量子布洛赫方程，可以得到电子的能量、速度和输运行为等重要的物理量。
而在介观系统中，由于尺寸和几何结构的限制，量子效应变得非常明显，因此传统的经典输运理论不再适用，而需要使用量子输运理论。
在量子输运理论中，一个重要的现象是电子的局域化和扩散。
对于介观系统而言，电子的运动不仅受到散射和电场的影响，同时也受到材料的几何结构和尺寸效应的限制。
因此，电子的运动可能出现局域化或扩散的行为。
局域化指的是电子在材料内部形成局域态，无法传输到其他区域；而扩散指的是电子在材料中自由传输，具有良好的输运性能。
近年来，随着纳米技术的发展，介观系统的研究得到了很大的进展。
在纳米尺度下，材料的几何结构和尺寸效应对电子的输运行为产生了显著影响。
一些新奇的现象和量子输运效应被发现，并且为新型纳米器件的设计和应用提供了依据。
例如，量子点是一种纳米尺度的结构，它的能级间隔和器件尺寸相当，从而导致了新的量子效应和自旋输运行为。
这些新现象的理论解释和模拟需要使用量子输运理论。
除了理论研究，实验上也取得了一些重要的进展。
近年来，人们通过制备和测量纳米器件，成功实现了电子在介观系统中的输运控制。
通过调控材料的几何结构、外加电场和磁场，可以实现电子的局域化或扩散。
这些实验为理论的进一步发展提供了实验基础，并且为未来纳米电子器件的设计和制造提供了新的思路。
尽管量子输运理论在介观物理学中取得了一些重要的进展，但仍然存在一些困难和挑战。
基于原子多极矩的基态hanle效应及光泵磁力仪研究
- 1 - 基于原子多极矩的基态hanle效应及光泵磁力仪研究 摘要：Hanle效应是光学磁化研究中的一个重要现象，它可以用来研究原子磁矩的性质和磁场强度。本文介绍了基于原子多极矩的基态Hanle效应及光泵磁力仪的研究。通过实验测量和理论分析，研究了Hanle效应的基本原理和光泵磁力仪的工作原理。实验结果表明，基于原子多极矩的Hanle效应和光泵磁力仪可以有效地研究原子磁矩的性质和磁场强度。 关键词：Hanle效应、光泵磁力仪、原子多极矩、磁场强度 引言 Hanle效应是光学磁化研究中的一个重要现象，它可以用来研究原子磁矩的性质和磁场强度。Hanle效应是指当原子处于一个弱磁场中时，经过激光激发后，原子的磁矩会发生预先旋转，从而改变光的偏振状态。通过测量光的偏振状态的变化，可以得到原子磁矩和磁场强度的信息。Hanle效应在原子物理、量子信息和磁学等领域都有广泛的应用。 光泵磁力仪是一种基于Hanle效应的磁场测量方法，它可以通过激光激发原子的基态或亚稳态，使原子的磁矩在外加磁场的作用下发生预先旋转，从而改变光的偏振状态。通过测量光的偏振状态的变化，可以得到外加磁场的信息。光泵磁力仪具有灵敏度高、分辨率高、响应速度快等优点，被广泛应用于磁场测量和磁学研究。 本文介绍了基于原子多极矩的基态Hanle效应及光泵磁力仪的研究。通过实验测量和理论分析，研究了Hanle效应的基本原理和光 - 2 -
泵磁力仪的工作原理。实验结果表明，基于原子多极矩的Hanle效应和光泵磁力仪可以有效地研究原子磁矩的性质和磁场强度。 一、基态Hanle效应的原理 1.1 原子多极矩 原子的多极矩是描述原子电子分布不均匀性的物理量，它可以用来描述原子在外加电场或磁场作用下的响应。原子多极矩的一阶矩称为电偶极矩，二阶矩称为磁偶极矩，三阶矩称为电四极矩，四阶矩称为磁四极矩，以此类推。在弱磁场下，只需要考虑原子的电偶极矩和磁偶极矩。 1.2 Hanle效应 当原子处于一个弱磁场中时，原子的电子会感受到磁场的作用，从而导致原子的多极矩发生改变。如果将一个线偏振的激光照射到原子上，激光的偏振方向与磁场方向垂直，则原子的磁偶极矩会使光的偏振状态发生旋转，从而导致光的偏振状态发生改变。这种现象称为Hanle效应。Hanle效应可以用来研究原子磁矩的性质和磁场强度。 1.3 基态Hanle效应 在实际应用中，常常使用原子的基态或亚稳态来研究Hanle效应。对于基态Hanle效应，原子的电子处于基态能级，磁场对原子的作用主要是通过磁偶极矩的作用。在弱磁场下，原子的磁偶极矩与磁场的作用力成正比，而且与磁场的方向垂直。因此，当磁场方向与激光偏振方向垂直时，Hanle效应最为显著。此时，光的偏振状态发生旋转的角度与磁场的强度成正比。 - 3 -
原子物理学试题
高校原子物理学试题试卷一、选择题1.分别用１MeV的质子和氘核（所带电荷与质子相同，但质量是质子的两倍）射向金箔，它们与金箔原子核可能达到的最小距离之比为：Ａ.1/4;Ｂ.1/2; Ｃ.１; Ｄ.２.2.处于激发态的氢原子向低能级跃适时，可能发出的谱总数为：A.4;B.6;C.10;D.12.3.根据玻尔－索末菲理论，n=4时氢原子最扁椭圆轨道半长轴与半短轴之比为：A.1；B.2;C.3;D.4.4.f电子的总角动量量子数j可能取值为：A.1/2，3/2;B.3/2，5/2;C.5/2，7/2;D.7/2，9/2.5.碳原子（C，Z＝6）的基态谱项为A.3P O;B.3P2;C.3S1;D.1S O.6.测定原子核电荷数Z的较精确的方法是利用A.α粒子散射实验;B. x射线标识谱的莫塞莱定律;C.史特恩－盖拉赫实验；D.磁谱仪.7.要使氢原子核发生热核反应，所需温度的数量级至少应为（K）A.107;B.105;C.1011;D.1015.8.下面哪个粒子最容易穿过厚层物质？A.中子；B.中微子；C.光子；D.α粒子9.在（1）α粒子散射实验，（2）弗兰克－赫兹实验，（3）史特恩－盖拉实验，（4）反常塞曼效应中，证实电子存在自旋的有：A.（1），（2）;B.（3）,（4）;C.（2）,（4）;D.（1）,（3）.l的简10.论述甲：由于碱金属原子中，价电子与原子实相互作用，使得碱金属原子的能级对角量子数并消除. 论述乙：原子中电子总角动量与原子核磁矩的相互作用，导致原子光谱精细结构. 下面判断正确的是：A.论述甲正确，论述乙错误;B.论述甲错误，论述乙正确;C.论述甲，乙都正确，二者无联系；D.论述甲，乙都正确，二者有联系.二、填充题（每空2分，共20分）1．氢原子赖曼系和普芳德系的第一条谱线波长之比为（）.2．两次电离的锂原子的基态电离能是三次电离的铍离子的基态电离能的（）倍.3．被电压100伏加速的电子的德布罗意波长为（）埃.4．钠D1线是由跃迁（）产生的.5．工作电压为50kV的X光机发出的X射线的连续谱最短波长为（）埃.6．处于4D3/2态的原子的朗德因子g等于（）.7．双原子分子固有振动频率为f，则其振动能级间隔为（）.8．Co原子基态谱项为4F9/2，测得Co原子基态中包含8个超精细结构成分，则Co核自旋I=（）. 9．母核A Z X衰变为子核Y的电子俘获过程表示（）。
量子力学教程(很多老师用过)(免费)
量子力学教案主讲周宙安《量子力学》课程主要教材及参考书1、教材：周世勋，《量子力学教程》，高教出版社，19792、主要参考书：[1] 钱伯初，《量子力学》，电子工业出版社，1993[2] 曾谨言，《量子力学》卷I，第三版，科学出版社，2000[3] 曾谨言，《量子力学导论》，科学出版社，2003[4] 钱伯初，《量子力学基本原理及计算方法》，甘肃人民出版社，1984[5] 咯兴林，《高等量子力学》，高教出版社，1999[6] L. I.希夫，《量子力学》，人民教育出版社[7] 钱伯初、曾谨言，《量子力学习题精选与剖析》，上、下册，第二版，科学出版社，1999[8] 曾谨言、钱伯初，《量子力学专题分析（上）》，高教出版社，1990[9] 曾谨言，《量子力学专题分析（下）》，高教出版社，1999[10] P.A.M.Dirac,The Principles of Quantum Mechanics (4th edition), Oxford University Press (Clarendon),Oxford,England,1958；（《量子力学原理》，科学出版社中译本，1979）[11]ndau and E.M.Lifshitz, Quantum Mechanics (Nonrelativistic Theory) (2nd edition),Addison-Wesley,Reading,Mass,1965；（《非相对论量子力学》，人民教育出版社中译本，1980）第一章绪论量子力学的研究对象：量子力学是研究微观粒子运动规律的一种基本理论。
它是上个世纪二十年代在总结大量实验事实和旧量子论的基础上建立起来的。
它不仅在进到物理学中占有及其重要的位置，而且还被广泛地应用到化学、电子学、计算机、天体物理等其他资料。
§1.1经典物理学的困难一、经典物理学是“最终理论”吗？十九世纪末期，物理学理论在当时看来已经发展到相当完善的阶段。
在超冷原子分子混合气中实现三原子分子的量子相干合成
在超冷原子分子混合气中实现三原子分子的量子相干合成作者：来源：《科学中国人·上半月》2022年第03期中国科学技术大学潘建伟、赵博等与中国科学院化学所白春礼小组合作，在超冷原子双原子分子混合气中首次实现三原子分子的相干合成。
相关成果发表于《自然》（Nature）。
量子计算和量子模拟具有强大的并行计算和模拟能力，不仅能够解决经典计算机无法处理的计算难题，还能有效揭示复杂物理系统的规律，从而为新能源开发、新材料设计等提供指导。
量子计算研究的终极目标是构建通用型量子计算机，但实现这一目标需要制备大规模的量子纠缠并进行容错计算。
在相关研究中，在钾原子和钠钾基态分子的费什巴赫共振附近利用射频场将原子和双原子分子相干地合成了超冷三原子分子，为基于超冷原子分子的量子模拟和超冷量子化学的研究提供了基础。
轨道Rashba-Edelstein磁电阻效应北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所、人工微结构和介观物理国家重点实验室杨金波教授课题组与德国美因茨大学马蒂亚斯·克鲁伊（Mathias.Kl.ui）教授和于利希研究中心Y.莫克魯索夫（Y.Mokrousov）教授课题组合作，在自旋电子学研究领域取得重要进展。
相关成果发表于《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）。
CuOx/Py体系在yz平面内的磁电阻效应被认为是轨道Rashba-Edelstein磁电阻效应，通过改变Py的厚度，CuOx/Py体系中的磁电阻效应相对于Pt/Py体系呈现出更加缓慢的衰减趋势;利用自旋模型对数据进行拟合分析，结果表明CuOx/Py体系中具有较长的有效自旋散射长度，说明自旋流不是引起磁电阻的主要因素，进一步证明了体系中轨道Rashba-Edelstein效应的存在。
利用拓扑揭开铁基超导电子配对迷雾中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心凝聚态理论与材料计算实验室胡江平研究员和方辰研究员与合作者开展研究，提出可以利用拓扑性质来确凿地甄别铁基超导体的不同s波配对对称性。
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用于腔量子电动力学实验的铯原子双磁光阱及其冷原子输运研究【摘要】：腔量子电动力学(CavityQED)是一个独立、开放的体系，为量子光学、量子信息处理等领域提供了强有力的研究平台，而原子与腔模处于强耦合区域是实现原子一光子控制的基本条件。
激光冷却与俘获技术的发展，一方面提供了理想的冷原子源；另一方面超高真空腔体为腔QED的研究提供了更纯的研究环境。
随着确定数量的原子，乃至单个原子在腔内的俘获，使单原子、单光子相互作用的研究成为可能，腔QED的实验研究随之进入了新时期。
原子与光学微腔组成的介观体系促进了量子信息科学领域的发展，由于其在量子信息方面的潜质，以及可能成为未来量子信息网络的单元，受到更多物理学家的关注。
本文系统回顾了腔QED的历史发展；扼要介绍了激光冷却与俘获中性原子的发展脉络，并从基本物理思想的角度对激光冷却与俘获机制作了概述；在此基础上详细阐述了我们铯原子双磁光阱实验系统的设计、建立，对所涉及到的一些重要问题，如冷原子样品与磁光阱各参数之间的关系，以及冷原子吸收谱特性作了相关研究；尤其是对铯原子双磁光阱输运过程的物理图景作了阐述，向腔QED实验迈出了关键一步；最后，介绍了我们腔QED实验情况。
完成的主要工作为：(1)、采用磁致二色性无调制稳频方法，实现了激光冷却与俘获系统中再泵浦激光器的频率锁定，将该激光器锁定到铯原子D_2线【关键词】：无调制激光器稳频激光冷却与俘获双磁光阱冷原子输运腔量子电动力学(CavityQED)
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：O431.2
【目录】：摘要4-6Abstract6-14第一章绪论14-511.1引言14-151.2腔量子电动力学实验系统15-191.2.1概述15-171.2.2强耦合17-181.2.3J—C模型181.2.4光学微腔系统18-191.3强耦合区相关实验回顾19-211.4中性原子的激光冷却与俘获21-321.4.1中性原子激光冷却与俘获概述22-301.4.2冷原子的应用30-321.5双磁光阱系统中冷原子的输运32-351.6小结35-37参考文献37-51第二章多普勒冷却与铯原子磁光阱的激光器系统51-802.1多普勒冷却机制的物理描述512.2光场的辐射压力51-562.3激光冷却与俘获铯原子的激光系统56-762.3.1铯原子能级结构56-582.3.2铯原子饱和吸收谱线58-612.3.3激光器系统61-762.3.3.1引言612.3.3.2相敏检波稳频61-642.3.3.3声光偏频铯原子亚多普勒光谱实现冷却光激光器无调制锁频64-712.3.3.3.1冷却光激光器652.3.3.3.2原理简述65-672.3.3.3.3实验系统67-692.3.3.2.4实验结果及讨论69-712.3.3.4磁致二色性原理实现再泵浦光激光器无调制锁频71-762.3.3.4.1引言722.3.3.4.2原理及实验系统72-752.3.3.4.4实验结果及讨论75-762.4小结76-77参考文献77-80第三章气室磁光阱与超高真空磁光阱80-1443.1磁光阱
80-873.1.1磁光阱基本理论分析80-823.1.2铯原子磁光阱简化模型82-873.2双磁光阱真空系统87-943.2.1真空系统设计的基本出发点87-883.2.2双磁光阱真空系统88-903.2.3超高真空机组90-933.2.4真空系统的实现93-943.3双磁光阱光路系统94-1003.3.1铯原子相关参数94-963.3.2实现双磁光阱光路总图96-1003.4双磁光阱梯度磁场100-1023.5双磁光阱的具体实现102-1053.6双磁光阱冷原子相关参数研究105-1313.6.1磁光阱中冷原子云尺寸的测量105-1073.6.2磁光阱中冷原子数的测量107-1093.6.2.1荧光收集法107-1083.6.2.2吸收法108-1093.6.3磁光阱中冷原子数与各相关参数的对应关系109-1153.6.3.1冷却与俘获光场与原子数之间的关系109-1113.6.3.2再泵浦光场与原子数之间的关系111-1123.6.3.3梯度磁场与原子数之间的关系112-1133.6.3.4输运光特性与超高真空磁光阱中冷原子数之间的关系113-1153.6.4磁光阱中冷原子温度的测量115-1213.6.4.1利用短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度的模型116-1183.6.4.2短程飞行时间吸收谱方法在实验中的应用118-1213.6.5偏振梯度冷却前后冷原子温度的比较121-1273.6.5.1偏振梯度冷却机制121-1253.6.5.2偏振梯度冷却在超高磁光阱中的应用125-1273.6.6双磁光阱中冷原子的装载127-1313.6.6.1气室磁光阱的装载127-1293.6.6.2超高真空磁光阱的装载129-1303.6.6.3气室磁光阱装载曲线拟合的修正130-1313.7磁光阱中冷原子吸收谱的研究131-1393.7.1缀饰态理论131-1353.7.1.1缀饰原子的基本图像132-1343.7.1.2缀饰原子对弱探测光的吸收谱134-1353.7.2冷原子吸收谱135-1363.7.3采用缀饰原子模型对冷原子
吸收谱的分析136-1393.8小结139-141参考文献141-144第四章双磁光阱中冷原子输运研究144-1744.1引言144-1454.2原子在光场中受力分析145-1544.2.1光场对原子的作用力分析145-1464.2.2静止二能级原子在光场中所受的散射力和偶极力146-1494.2.3散射力和偶极力149-1524.2.4偶极势和散射率152-1544.3双磁光阱系统中冷原子的输运154-1714.3.1双磁光阱实验系统介绍155-1604.3.1.1双磁光阱冷原子输运的实验装置156-1594.3.1.2冷原子吸收谱159-1604.3.2双磁光阱系统中冷原子输运的物理图景160-1654.3.2.1双磁光阱系统输运光频率失谐对原子输运过程的影响161-1654.3.2.2双磁光阱系统输运光功率对原子输运过程的影响1654.3.3双磁光阱系统冷原子输运结果分析、讨论165-1714.4小结171-172参考文献172-174第五章腔QED 的预研与展望174-1925.1引言1745.2光学微腔174-1825.2.1光学微腔的建立174-1765.2.2光学微腔精细度的测量176-1775.2.3光学微腔腔长的测量177-1785.2.4光学微腔的锁定1785.2.5腔QED频率链的锁定178-1825.3微弱信号探测系统182-1885.3.1差拍探测系统的建立183-1855.3.2单光子计数系统的建立185-1885.4小结188-189参考文献189-192全文总结192-194博士期间完成的学术论文194-197参加科研项目的情况197-198致谢198-200 本论文购买请联系页眉网站。