《梯形三能级原子在驻波场中的偶极力分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《梯形三能级原子在驻波场中的偶极力分析（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中文摘要本文从原子的主方程出发应用光学布洛赫方程的方法来推导原子在激光场中所受偶极力的稳态解。首先我们推导了单色驻波场中近似等间距三型三能级原子( E S ) 所受的偶极力并用数值计算作图的方法显示了偶极力及原子布居随失谐量和空间的变化。我们看到原子激发态的布居随失谐量的减小，光场强度的增加而变大，我们也观察到了跃迁饱和现象：最高能级布居在发生双光子共振时达到极大值，中间能级布居在双光子共振和单光子共振附近各出现一个极大值。可以看到偶极力主要以正弦形式振荡为主，在各波节处均为零，在波节内也会出现零点，那是因为偶极力两个分量Z 与正相抵消的结果。然后我们推导了非等间距( N E S ) 巨型三能
2、级原子在双色驻波场中所受到的偶极力，通过选择合适的参数我们得到了在几十个波长的空间范围内符号保持不变的的整流偶极力。并且力的大小也相当可观( 相对耗散力的饱和值h k F 2 ) ，从而可以为中性原子提供深势阱，这在原子的冷却，捕获和操纵上有极其重要的应用；最后我们用量子回归定理分析了所得整流偶极力的涨落，我们发现偶极力的涨落与力的大小成比例，并且可以看到归一化的扩散系数在数量级上是很小的。Abs t r a c tH e r e w e m a i n l y d e r iv e d t h e d i p o le f o r c e s s t e a d y e x p r e s
3、s i o n s u s i n g O p t i c a l B l o c hE q u a t i o n s f r o m a t o m ic m a s t e r e q u a t io n . F ir s t w e g o t t h e d i p o l e f o r c e o f a l a d d e r - t y p et h r e e - l e v e l a t o m o f n e a r l y e q u is p a c e d e n e r g y l e v e l a t r e s t i n a s t a n d in
4、 g - w a v e f i e l d a n ds h o w e d g r a p h i c a l l y h o w t h e f o r c e a n d t h e p o p u l a t i o n d e v e l o p a s t h e d e t u n i n g a n d t h e s p a c e .W e c a n s e e t h e p o p u l a t i o n o f t h e e x c it e d s t a t e s b e c o m e s g r e a t e r w i t h t h e d
5、e c r e a s e o f t h ed e t u n i n g a n d t h e i n c r e a s e o f t h e l a s e r s i n t e n s it y . T h e p o p u l a t io n o f t h e u p - m o s t le v e l a tt a i n si t s m a x i m u m i n t h e n e i g h b o r h o o d o f t h e tw o - p h o t o n r e s o n a n c e a n d t h e i n t e r
6、 m e d i a t e - l e v e lre a c h e s i t s m a x i m u m b o t h i n t h e v i c i n i t y o f t h e t w o - p h o t o n r e s o n a n c e a n d t h e o n e - p h o t o nre s o n a n c e . T h e d i p o le f o r c e m a i n l y v a r i e s a s t h e s i g n f u n c t io n a n d b e c o m e s z e r
7、 o a t e a c h b e a t .T h e z e r o p o i n t s o c c u r re n c e o f t h e d i p o l e f o r c e i n o n e b e a t i s d u e t o t h e c o u n t e r a c t o f t h e t w oc o m p o n e n t o f t h e f o r c e .T h e n w e d e r i v e d t h e d ip o l e f o r c e o f a s t il l l a d d e r - t y p
8、 e t h re e - l e v e l a t o m o fn o n e q u i s p a c e d e n e r g y l e v e l i n t w o s t a n d i n g w a v e s o f d i ff e r e n t fr e q u e n c i e s a n d o b t a i n e d au n i d i re c t i o n a l re c t i f i e d - f o r c e o f v a l u e s m u c h g r e a t e r t h a n t h e d i s s
9、i p a t i v e f o r c e s s a t u r a t i o nv a l u e o v e r t e n s o f o p t i c a l w a v e l e n g t h s c a l e s w h e n t h e p a r a m e t e r s a r e a p p r o p r i a t e lyc h o s e n , w h i c h c a n b e u s e d t o s u p p ly a d e e p p o t e n t i a l w e l l f o r a n e u t r a l
10、a t o m a n d b e o f g r e a tu s e i n a t o ms c o o li n g , t r a p p i n g a n d c o n t r o l l i n g . At l a s t w e t r ie d t o a n a ly z e t h e fl u c t u a t io n o ft h e r e c t i f i e d f o r c e u s i n g t h e q u a n t u m a g g r e s s i o n t h e o ry . W e f i n d t h e fl u
11、 c t u a t i o n o f t h er e c t i f i e d - f o r c e i s p rop o rt i o n a l t o t h e f o r c e s v a l u e a n d n o r m a l i z e d fl u c t u a t i o n i s o f v e ry s ma l lm a g n it u d e o r d e r .原 创 性 声 明本人郑重声明:本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已 经发表或未发表的成果、数据、观点等，均己明确注明出处。除文
12、中己经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出 重要贡献的个人和集体，均己 在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。论 文 作 者 签 名 :I A明日 期 : ， 0 V- R ; / 9关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了 解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国 家有关部门或机构送交论文的纸质版和电 子版， 允许论文被查阅 和借阅; 本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用任何复制手段保存和汇编本学位
13、论文。 本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。论 文 作 者 签 名 : 之 业 且 一 导 师 签 名 : 垫生 e 日期 : - loaf . 5 . 4 t第一章绪论光和原子的相互作用一直是一个重要的 研究方向，由近共振激光所施加给原子的力也一直是近 来许多研究的主题，因 其在原子的 冷却，俘获和操纵上有极其重要的应用。一般我们把原子在激光场中所受的力分为两种: 一个大小与光场相位梯度成正比，称之为耗散力 儿 w o ( 或 辐 射 压 力 )，另 一 个 大 小 与 光 场 强 度 梯 度 成 正 比
14、 ， 称 之 为 偶 极 力 f dip ， 前 者 直 接与 原 子 的 自 发 辐 射 相 关 ， 后 者 直 接 与 原 子 的 受 激 发 射 相 关 。 耗 散 力 几 “ ， 具 有 单 一 的 方 向 大小却为饱和度所限制，偶极力大小可以随光场强度梯度的 增加而增加但它的符号在光学波长上会发生翻转，比 方单色驻波场中的二能级原子在一个光学波长上偶极力的方向改变四次，导 致偶极力在光学波长上平均为零，因而不能在宏观的距离上有效的作用于原子， 不利于产生深的势阱，为克服以上所述的缺陷整流力的思想被提出。整流的思 想首先被K a z a n t s e v 和 K r a s n o
15、v 作为为中性原子提供深势阱的手段而提出。 我们 也己 经得 知 偶 极 力的 方 向 还 直接 取 决 于 激 光 场 与 原 子 跃 迁 频 率 间 的失 谐( C O L - w o ) 的 符号，如果失谐量的符号也随光场强度梯度的方向的改变而改变， 就可以 得到在一定空间范围 内 保 持 符 号 单 一 的 整 流 力 ， 于 是 提 出 了 有 效 失 谐( 0 lff ) 的 概 念 ， 即 在 激 光 场 中 原 子 的 跃迁频率会产生随空间变化的光移，这样失谐 量符号的改变抵消了光场强度梯 度符号的改变，从而得到符号 单一的整流力，可以 获得深的势阱。 本文主要陈述了单色驻波场
16、中静止的 近似等间距的三型三能级原子所受的偶极力随各参量的变化情况，以 及双色驻波场中静止的三型三能级原子在双光子共振的条件下所获得的 整流力，作了详细的公式推导和数值计算并给出了数值作图，最后我们用量子回归定理分析了 所得整流力的涨落。本文的内 容与结 构安排如下:第一章为绪论部分:第二章从二能级原子的土方程出发，应用光学B l o c h方程导出了单色驻波场中静I L 二能级原子 所受偶极力的稳态表达式，并对偶极力的物理机制予以了阐释;第三章陈 述了三能级原子主方程的 推导:第四章从三能级原子的主方程出发，利用数值计算作图的方法给出单色驻波场中静止的能级近似等间距( E S )三型三能级原子所受的偶极力及其布居随失谐量和空间的变化关系:第五章土要讨论了静 止的非 等间距 ( N E S )三型三能级原 子在 双色 驻波场作 用下 偶极力发生的 整流现象，并分析了整流 偶极力的涨落:最后第六章对全文内容作了总结和展望。第二章 单色驻波场中 二能级原子的主方程及偶极力的分析 2 . i几个常用的近似t )二能级原子近似虽然一个真实的原子 有许多能级
