基于冷原子系綜中四波混頻的光學(xué)圖像存儲(chǔ).pdf

1、光與中性原子系統(tǒng)的相互作用是物理學(xué)最基礎(chǔ)的研究領(lǐng)域之一，其擁有大量有趣的現(xiàn)象和應(yīng)用。光不僅僅是揭示原子結(jié)構(gòu)信息的源，也可以用于作用原子、操縱原子、控制原子的各種自由度。過(guò)去這些年，伴隨著激光器的發(fā)展，人們擴(kuò)展了該研究領(lǐng)域。從激光中出來(lái)的光既可以操縱原子的外部自由度，主要是原子質(zhì)心的位置和動(dòng)量，也可以操縱院子的內(nèi)部自由度，比如原子質(zhì)心系的電子結(jié)構(gòu)和自旋極化。操縱原子外自由度已經(jīng)持續(xù)發(fā)展幾十年了，能實(shí)現(xiàn)冷卻與束縛中性原子到非常低的溫度。這些

2、技術(shù)有磁光阱(magneto-opticaltrap，MOT)和波色·愛(ài)因斯坦凝聚(Bose-Einsteincondensate，BEC)等。操縱原子內(nèi)自由度可以用于相干地控制原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)并且極大地改變?cè)拥墓鈱W(xué)性質(zhì)。比如光學(xué)泵浦、電磁誘導(dǎo)透明(electromagneticallyinducedtransparency，EIT)和光學(xué)群速度的延遲等。
　　 在這篇論文中，我將講述用實(shí)驗(yàn)方法調(diào)控MOT中銣(Rubidium，

3、Rb)85冷原子系綜的非線性光學(xué)特性。這些非線性光學(xué)現(xiàn)象囊括了從EIT到四波混頻(four-wavemixing，F(xiàn)WM)的存光。我也將在論文中詳細(xì)地描述激光冷卻與束縛的整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)。
　　 在引言中，我將介紹一下光與原子相互作用的內(nèi)容——光對(duì)原子外部自由度和內(nèi)部自由度的操縱。對(duì)這兩種自由度的操縱直接導(dǎo)致了一項(xiàng)技術(shù)和一個(gè)發(fā)現(xiàn)，激光冷卻技術(shù)和EIT現(xiàn)象。這兩項(xiàng)技術(shù)及其應(yīng)用在量子信息(quantuminformation)的各

4、方面都有很重要的研究?jī)r(jià)值。
　　 在第1章中，我將簡(jiǎn)單地介紹一下實(shí)驗(yàn)中用到的理論基礎(chǔ)。這包括制備MOT中冷原子云的基本理論——激光冷卻與束縛中性原子，EIT的物理機(jī)制與理論推導(dǎo)，基于EIT的慢光與存光和雙A型FWM。
　　 在第2章中，我會(huì)明確地描述我們實(shí)驗(yàn)中冷原子系綜的來(lái)源——二維MOT。這個(gè)MOT由超高真空腔體、約飛線圈、激光系統(tǒng)和一些其他儀器組成。不同于用一對(duì)通常的反Helmholtz線圈，我們用的是兩對(duì)跑道型的約

5、飛線圈去產(chǎn)生束縛磁場(chǎng)。這種改進(jìn)可以制造出雪茄形狀的原子云，不是球形的云。光學(xué)厚度，或者說(shuō)光與原子的相互作用，能被顯著地增強(qiáng)。而且在原子云軸向，約飛線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為零，這樣減小了原子基態(tài)能級(jí)間的弛豫。MOT的一些實(shí)驗(yàn)參數(shù)我們也做了測(cè)量。接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)都是基于這個(gè)MOT完成的。
　　 在第3章中，我們第一次實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了光學(xué)圖像的FWM存儲(chǔ)與恢復(fù)。在FWM過(guò)程中，入射的信號(hào)光S和產(chǎn)生的閑頻光I都攜帶有圖像信號(hào)，能被同時(shí)地寫入和寫出長(zhǎng)