外场调控的里德堡原子电磁感应透明及量子关联特性

外场调控的里德堡原子电磁感应透明及量子关联特性里德堡原子具有尺寸大、寿命长、极化率大的特点,以及原子间强相互作用可产生激发阻塞效应,这些特点使其成为目前原子分子领域的研究热点。里德堡原子的电磁感应透明（EIT）效应不仅具有普通EIT的特性,还携带了里德堡原子本身的奇异特点,这使得里德堡原子EIT在非线性光学、量子信息处理、量子纠缠和量子逻辑门以及单光子源的制备和精密测量等方面具有很广泛的应用前景。里德堡原子电磁感应透明提供了一种全光学的无损探测里德堡原子的新技术,与传统的离子探测方法相比,不会对原子产生破坏,同时提供了一种测量原子间相互作用的新方法。本文以铯原子作为研究对象,在热原子系统中研究了射频电场缀饰的里德堡原子电磁感应透明光谱,利用里德堡原子EIT效应实现了510nm激光频率的锁定;搭建了铯冷原子磁光阱系统,利用里德堡原子的EIT效应测量获得二阶关联函数,研究了里德堡原子间的强相互作用以及里德堡原子间的量子关联特性。主要研究内容如下:1.在热原子蒸气池中,对外场调控的里德堡原子电磁感应透明光谱作了详细的研究。实验中测量了各向同性的S态以及各向异性的D态里德堡原子的射频调制光谱,根据射频EIT谱线特征实现了射频电场强度的自校准,并且利用D态原子各向异性的特点,实现了射频电场极化方向的测量。通过非微扰的Floquet理论对实验结果进行了模拟,理论和实验符合的非常好。2.介绍了冷原子磁光阱系统的搭建,并对关键的实验技术做了详细描述;利用里德堡原子的电磁感应透明效应实现了510nm耦合光频率的锁定,提供了一种将激光频率锁定在激发态跃迁的方法。3.研究了冷里德堡原子的电磁感应透明光谱。实验中通过改变探测光、耦合光、以及不同的主量子数n,研究了里德堡原子之间的相互作用对里德堡原子电磁感应透明的影响;建立了里德堡EIT的理论模型,引入了里德堡原子相互作用导致的衰减项γ₃=κ×(ρ₃₃/Ω_p)²,理论拟合和实验测量符合的非常好。4.利用里德堡原子电磁感应透明实现了强关联里德堡多体系统的无损探测,测量并获得80D态里德堡多体系统的二阶关联函数,研究了超冷里德堡原子的量子关联特性。本文的创新之处:1.里德堡原子具有很大的极化率（-n⁷）,对外场非常敏感。利用弱射频电场调制里德堡能级产生ACStark频移和射频边带。利用里德堡原子的EIT光谱研究了射频电场缀饰的各向同性的S态和各向异性的D态里德堡原子的射频光谱,获得了里德堡EIT射频Stark光谱和射频边带光谱,实验结果与Floquet理论计算的结果相一致。提出了一种基于里德堡原子的高精度自校准射频电场的新方法（精度达到±0.5%）和射频场极化方向的测量技术,具有重要的应用前景。2.实验上对探测光进行调制,利用里德堡原子电磁感应透明和调制解调光谱技术,同时实现了852nm和510nm激光器的频率锁定。里德堡原子电磁感应透明效应提供了一种将激光频率锁定在里德堡能级跃迁线的方法。3.里德堡原子间的长程相互作用阻止了相邻原子的进一步激发,形成激发阻塞效应。在激发阻塞区域内,有且只有一个里德堡原子可以被激发到里德堡态,形成强关联里德堡多体系统