超冷里德堡原子相互作用及碰撞特性研究

1、yiT论女第表站家超冷里德堡原子相互作用及碰撞特性研究【摘要】：里德堡原子是指原子中的一个电子被激发到主量子数很大 的激发态原子。与基态原子相比，里德堡原子具有较大的原子半径和 电偶极矩，以及较长的原子寿命等特点，正是由于这些奇特的性质使里 德堡原子研究一直是原子分子物理研究的重要内容之一。近年来，激光冷却与俘获技术的发展为里德堡原子的研究提供了全新的技术和 方法,并使里德堡原子的物理内涵可以深入揭示。以冷原子为介质产 生的超冷里德堡原子几乎是静止不动的，而且超冷里德堡原子间的相 互作用远远大于原子的热动能，特别是可以通过外场调控里德堡原子 间的长程相互作用。因此，原子间的强相互作用很大程度上

2、决定了超 冷里德堡原子的动力学行为。由于里德堡原子具有易于调控的特点，超冷里德堡原子在量子信息存储、量子计算及量子信息处理等方面具 有潜在的研究价值和应用前景。本文理论上计算了铯里德堡原子的 Stark结构和长程相互作用势，实验上以冷原子为样品，通过两步激发 产生超冷里德堡原子。获得了超冷铯里德堡原子的离子谱和特征参数， 在此基础上系统研究了超冷里德堡原子的碰撞特性和相互作用诱导 的态转移的动力学行为。首先，利用连续倍频激光器对超冷铯原子 nD 态(39n50)Stark光谱及极化率进行了测量，得到与理论计算一致的结 果;其次,利用染料激光器测量了超冷铯原子里德堡nS和nD态(30n40)的寿

3、命以及nD态(37n40)的碰撞截面，实验结果与理论结果相一致；再 次，详细研究了高态里德堡原子间的碰撞损失率及电场诱导的态转移yiT论女第表匸家过程。本文的创新工作概括如下：1实验上研究了超冷铯原子里德堡 态有效寿命随原子密度的变化，在低里德堡原子密度下测量了超冷铯 原子nS和nD态(30n40)的寿命，得到与现有理论一致的结果。2.实验 上测量了超冷铯原子里德堡态的有效损失率随里德堡原子密度的变 化，并拟合得到里德堡nD态(37n40)的碰撞截面，理论上很好地解释了 实验结果。3系统地研究了超冷铯原子高里德堡态的碰撞效应，拟合得到里德堡原子间及里德堡原子与基态原子间的碰撞损失率，并研究了外

4、加电场对里德堡原子碰撞损失的影响。4研究了里德堡原子相互作用诱导的量子态的转移，特别是量子态转移在电场、延迟时间和光强 等不同参数下的动力学演化。【关键词】：超冷里德堡原子选择场电离 量子亏损寿命碰撞截面碰撞损失率态转移【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：O562.4【目录】：摘要10-12ABSTRACT12-14第一章引言14-341.1里德堡原 子14-161.1.1里德堡原子的基本性质 14-151.1.2碱金属里德堡原子15- 161.2里德堡原子的研究进展 16-231.2.1早期里德堡原子的发展16- 171.2.2超冷里德堡原子的研

5、究进展17-231.3超冷里德堡原子在量子信息中的应用23-251.4本文的主要研究内容25参考文献25-34第 二章超冷里德堡原子的制备与探测34-542.1超冷铯原子的制备34-402.1.1超冷铯原子制备的实验系统 34-372.1.2超冷铯原子参数测 量37-402.2超冷铯里德堡原子的制备40-45221里德堡原子的制备方 法40-41222超冷铯里德堡原子的制备41-452.3超冷里德堡原子的探 测45-50231选择场电离探测45-462 32微通道板探测器的工作特性46-502.4本章小结50参考文献50-54第三章铯里德堡原子 STARK效 应和场电离光谱54-763.1里德

6、堡原子Stark效应54-643.1.1Stark结构 理论计算54-583.1.2超冷里德堡原子的Stark光谱58-623.1.3里德堡 原子极化率62-643.2超冷里德堡原子的电离阈值 64-673.3铯里德堡 原子场电离光谱及量子亏损67-713.3.1铯里德堡场电离光谱 67-693.3.2铯里德堡原子nS和nD态量子亏损69-713.4本章小节71 参考文献71-76第四章铯里德堡态寿命及碰撞效应研究 76-1024.1影 响里德堡原子寿命的因素77-854.1.1自发辐射率77-794.1.2黑体辐射 率79-824.1.3碰撞损失率82-834.1.4超辐射率83-844.1

7、.5黑体辐射光 电离率84-854.2里德堡原子寿命随密度的变化 85-894.2.1实验装置 85-864.2.2实验结果及理论分析86-894.3.超冷铯里德堡原子nS和nD 态寿命测量89-914.4里德堡态碰撞截面的测量 91-974.4.1理论模型 91-924.4.2实验结果及分析92-974.5本章小节97参考文献97-102第 五章超冷里德堡原子相互作用诱导态转移的实验研究102-1245.1里德堡原子间相互作用102-1075.1.1里德堡原子间相互作用102-1055.1.2铯原子里德堡态相互作用势的计算105-1075.2高里德堡态碰撞损失率测量107-116521理论模型108-109522实验装置109-111523实验结果及分析111-113524直流电场对碰撞损失率的 影响113-1165.3电场诱导量子态转移的动力学过程116-1195.3.1量子态转移对电场的依赖116-1175.3.2量子态转移对延迟时间的依赖117-1195.3.3量子态转移对原子密度的依赖1195.4本