超冷铷铯极性分子的制备及测量.doc

超冷铷铯极性分子的制备及测量【摘要】：激光冷却俘获原子的实现使原子分子物理的研究焕发无限生机,尤其是近几年在超冷原子分子物理的研究中形成了若干有重要意义的新方向,如超冷极性分子。永久电偶极矩、易受外场操控、可调控的各向异性长程偶极-偶极作用等特点使其在精密测量、量子计算、多体问题和超冷化学等方面有着重要的应用。分子具有的多重振转能级结构为量子态的并行运算提供了条件,但也几乎排除了用激光冷却技术实现分子直接冷却的可能性。以超冷原子样品为基础,通过光场或者磁场的缔合是目前制备超冷分子的主要技术手段。本文建立了超冷铷铯原子的实验平台,在此基础上实现了超冷铷铯极性分子的制备,利用原子俘获损耗技术和光电离技术分别观测到了超冷激发态和超冷基态铷铯分子,测量了超冷铷铯分子的光缔合光谱和光电离,并对相关物理特性,如原子碰撞特性、分子转动常数和离心扭曲常数及分子的寿命、电偶极矩等进行了研究。本文的主要创新性工作概括如下：一、利用暗磁光阱技术,将磁光阱中冷原子密度增加了一个数量级：铯原子密度达到61011cm-3,铷原子密度达到31011cm-3,有效地降低了原子间的碰撞损失率,为制备超冷铷铯分子奠定了基础。二、利用原子荧光调制解调和共振增强双光子电离,分别实现了超冷激发态铷铯分子和超冷基态铷铯分子的高灵敏探测。三、采用无调制数字伺服系统锁频方法,实现了激光器频率覆盖范围内任意绝对频率的锁定,将缔合光激光器长期锁定在原子-分子跃迁频率上,为研究超冷基态分子的光电离光谱提供了必要的技术支持。四、利用工作二和工作三中的高灵敏探测技术和稳频技术,观测到了短程态超冷铷铯分子的光缔合光谱和光电离光谱,为单步光缔合直接制备最低振转态超冷铷铯分子这一新机制奠定了实验基础。【关键词】：极性分子超冷铷铯分子光缔合光谱光电离光谱长程态分子短程态分子暗磁光阱【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2012【分类号】：O431.2【目录】：摘要11-12ABSTRACT12-14第一章引言14-321.1超冷极性分子的研究背景14-161.2超冷极性分子的制备方法16-201.3超冷铷铯极性分子20-231.3.1超冷铷铯分子的特性分析20-221.3.2超冷铷铯分子的研究现状22-231.4本文主要研究内容23-24参考文献24-32第二章光缔合制备超冷极性分子的理论32-522.1双原子分子的基本理论32-372.1.1波恩-奥本海默近似32-332.1.2双原子分子的振转态33-352.1.3分子态的跃迁弗兰克-康登原理35-372.2铷铯分子电子态的相互作用势能37-402.2.1双原子分子态的标定及跃迁选择定则37-392.2.2铷铯分子短程态和长程态的电子态能量39-402.3超冷铷铯分子的光缔合理论40-482.3.1超冷原子碰撞散射40-422.3.2超冷分子光缔合42-462.3.3超冷极性分子光缔合46-48本章小结48-49参考文献49-52第三章超冷铷铯原子的激光冷却与俘获52-923.1激光冷却俘获原子的物理机制52-603.1.1激光冷却原子的基本理论52-553.1.2磁光阱和暗磁光阱俘获原子的工作机制55-583.1.3多普勒冷却极限和亚多普勒冷却机制58-603.2超冷铷-铯原子磁光阱和暗磁光阱的实验装置60-783.2.1铷、铯原子样品和相关物理性质60-633.2.2真空系统63-653.2.3磁场和电场系统65-683.2.4光学系统68-773.2.5控制系统77-783.3超冷铷-铯原子的特性研究78-873.3.1磁光阱和暗磁光阱中超冷原子基本参数的测量78-803.3.2磁光阱中超冷同核原子间的碰撞特性研究80-843.3.3磁光阱中超冷异核原子间的碰撞特性研究84-87本章小结87-88参考文献88-92第四章超冷铷铯分子的制备92-1264.1光缔合制备超冷铷铯分子92-1004.1.1物理机制92-944.1.2原子样品94-964.1.3实验装置96-1004.2超冷激发态分子的探测原子俘获损耗光谱技术100-1054.2.1原子俘获损耗光谱技术探测超冷激发态分子100-1034.2.2磁光阱和暗磁光阱中的超冷激发态光缔合分子103-1054.3超冷基态分子的探测离子光谱技术105-1154.3.1离子光谱技术探测超冷基态分子105-1084.3.2磁光阱中超冷基态光缔合分子108-1114.3.3飞行时间质谱工作特性研究111-1154.4光缔合超冷铷铯分子的探测115-120本章小结120-121参考文献121-126第五章超冷铷铯分子的光谱测量126-1545.1光缔合超冷铷铯分子饱和效应研究126-1295.1.1光缔合饱和效应研究126-1275.1.2光电离饱和效应127-1295.2超冷激发态铷铯分子的光缔合光谱129-1385.2.1实验装置129-1305.2.2长程态超冷铷铯分子光缔合光谱130-1345.2.3短程态超冷铷铯分子光缔合光谱134-1385.3超冷基态铷铯分子的光电离光谱138-1495.3.1数字伺服系统实现缔合光稳频139-1445.3.2短程态超冷铷铯分子的光电离光谱144-1495.3.3长程态超冷铷铯分子的光电离光谱149本章小结149参考文献149-154第六章总结与展望154-160