中性分子的激光导引及其连续冷分子束的产生
常用激光器工作原理
常用激光器工作原理激光器（Laser）是一种产生、放大和传播激光的装置。
它的工作原理是通过特定的能级结构和激发条件，将能量转换为一种具有高度一致性、单色性和定向性的电磁辐射。
激光器的工作需要满足三个条件：激光介质、激发源和光反馈。
激光介质是能够产生受激辐射的物质，激发源则提供激励能量，而光反馈使激射形成反复往复的光增强。
1.能级结构激光介质中的原子、分子或离子具有不同的能级结构，由基态到激发态。
当能量从外部源激发时，原子中的电子可以被激发到高能级，形成激发态。
这一过程通常需要能量匹配的光子与原子发生相互作用。
在这种光激发过程中，原子或分子会吸收光子能量，电子通过电子跃迁从低能级到高能级，产生多余的能量。
2.受激辐射和自发辐射受激辐射是指在经过充分激发后，原子或分子跃迁到低能级，并释放出与已吸收的光子同频、同相、同向的光子。
自发辐射是在低能级上的电子激发态自发地发射出光子。
受激辐射和自发辐射会使得处于激发态的原子或分子再次处于基态，形成反复循环。
3.光增强和光反馈光能增强是通过光反馈实现的，光反馈可分为正反馈和负反馈。
正反馈是指光在介质中多次传播和反射，与受激辐射和自发辐射发生相互作用，引起更多的激发态原子或分子跃迁并产生相干光辐射。
这样的反馈会引起光的波前调制、相位调制和场增强，使光逐渐得到放大和定向。
负反馈通过输出镜使一部分光波封闭在腔内，从而形成光反射和吸收的平衡。
4.泵浦机制为了提供足够的能量来激发介质，激光器通常需要一个泵浦机制。
泵浦机制可以是电能、光能、化学能等，也可以通过其他激光器提供能量。
泵浦机制的能量输入与介质的特性和能级结构有关，它的主要目的是将激光介质的部分原子或分子激发到高能级，形成反转粒子群，以便进一步产生和放大激光。
常见的激光器包括固体激光器、气体激光器和半导体激光器。
不同类型的激光器工作原理有差异，但基本的激射过程仍然遵循能级结构、受激辐射和光增强的原理。
通过精密的波导、谐振腔和放大剂的设计，可以实现不同波长和功率的激光输出，广泛应用于医学、通信、材料加工、测量仪器等领域。
激光冷却
二、发展历史
1985 年 ， 朱 棣 文 用 “ 光 学 粘 胶 方 法 optical molasses ”,三对两两相向的激 光束相互垂直地相交，形成一个小区域， 240μK 1988 年 ， 用 速 度 选 择 相 干 捕 陷 方 法 ， 2μK 1992年，朱棣文用Raman冷却达到 100nK。
3、多普勒冷却的极限
当速度被降低后，其共振条件不再 能满足，减速的效果就会弱下去， 甚至停止。必须保证共振条件的持 续满足。
4、低于多普勒极限的冷却机制
光学粘胶方法 optical molasses， 光学粘胶+一束聚焦高斯激光束→激 光捕陷中性原子。
驻波场中的原子
驻波场中原子受的散射力
不论原子的速度是负(对着光波1)或正(对 着光波2)，所受的力都是与其速度方向 相反的阻滞力，并且在满足共振条件 Δ=±kv时，阻滞力F最大；在|v|较小的 区域，阻滞力具有线性特征.在光强较弱 的情况，很易得到 F=-βv
阻滞系数
光学粘胶
原子在这样的光场中就象进入了粘稠的 胶状物一样被减速，这种情况称形成了 一维的“光学粘胶”. 在激光冷却技术中，当原子运动速度低 到一定程度后，常用“光子粘胶”来进 一步冷却.
磁阱
光阱 磁光阱
0．8
2 120
104
Hale Waihona Puke 103 1071031012 1011
六、碱金属原子气体玻色-爱因 斯坦凝聚的实现
Bose-Einstein Condensation,BEC,1924 年Bose与Einstein各自独立提出。（宏观 数量的粒子可处于同一量子态。） 1993年实验上观察到了玻色-爱因斯坦 凝聚。
连续极性冷分子束的产生及其研究
连续极性冷分子束的产生及其研究【摘要】：由于冷分子具有非常丰富的内态结构,是物理和化学学科研究的基本物质单位,在精密光谱测量、物理和化学常数的测量、冷碰撞和冷化学、量子信息处理等方面有着非常广阔的应用前景,因此冷分子的产生和应用近年来越来越引起了人们的重视。
本文首先综述了分子的冷却、囚禁及其操控的原理、实验和最新进展,其次介绍了分子束原理与技术,然后以从理论上和实验上研究了室温下和低温下的CH_3CN射流分子束的静电四极场弯曲导引及其低通能量滤波技术,获得了1K以下的冷分子束。
接着介绍了一种新型的采用载流导线列阵实现冷原子或顺磁冷分子的磁品格方案。
最后,就本文的研究工作进行了总结,对课题的未来研究进行了展望。
本文首先从理论上研究了CH_3CN分子的四极静电场弯曲导引方案(低通能量滤波),计算了四极杆产生的静电场分布,分析了对称陀螺分子—CH_3CN分子的转动能级Stark分裂及其布居数分布。
采用Monte—Carlo方法模拟了室温下CH_3CN分子束在弯曲四极静电场中运动的动力学过程,得到了导引输出分子束的速度分布、温度和导引效率。
在导引电压±3KV时,得到分子束的温度T_z=2.2K、L_ρ=420mK,导引效率也1.96×10~(-5)。
分析得到分子束温度和导引电压成正比,导引效率和导引电压的二次方成正比。
接着又采用Monte—Carlo方法模拟了低温分子束源(5K)的静电四极弯曲导引过程,并且采用逐步降低两段导引电压的方法实现冷分子束的产生。
在两个弯曲导引电压分别为±1KV和±0.5KV的条件下,得到了温度为Tz=301mK、T_ρ=28.6mK(效率为9.0×10~(-4))的冷分子束。
模拟结果证明,使用缓冲气体冷却的低温气源能够提高导引效率,同时配合更低地导引电压可以获得更冷地分子束,甚至有望到1mK以下。
本文在实验上实现了室温下(300K)CH_3CN连续分子束静电弯曲导引及其低通能量滤波。
中性分子的激光聚焦与静电导引
中性分子的激光聚焦与静电导引【摘要】：由于冷分子具有非常丰富的内态结构，可以应用到分子的精密光谱测量、冷分子碰撞、量子信息处理等方面，冷分子的产生和应用的研究得到了快速的发展。
本文首先综述了中性分子的冷却、囚禁及其操控的原理、实验及其最新进展；其次，我们提出了产生聚焦空心光束的实验方案，讨论了它在原子分子光学中的应用。
再次，就“极性冷分子静电导引”进行了系统的理论和实验研究；最后，就本文的研究工作进行了总结，并就本课题的未来研究进行了展望。
本文研究了一种产生聚焦空心光束的实验方案，讨论了它在原子分子光学中的应用。
因为这种聚焦的中空光束在它的焦平面上有很小的DSS(暗斑尺寸)，它能够用来聚焦原子束(或分子束)以形成原子(或分子)透镜，由于在焦点附近具有绝对高的强度梯度，通过Sisyphus强度梯度冷却来冷却和囚禁中性原子，还可以用来研究冷原子在聚焦中空光束中的绝热压缩和绝热膨胀的过程。
同时研究发现，在焦平面上，聚焦中空光束的DSS越小，光学势越大，对应的最佳失谐量δ越大，越有利于形成原子透镜。
因为这不仅容易得到较高分辨率的原子透镜，而且还可以减少在聚焦中空光束中原子的自发辐射和光子散射效应。
本文提出了一种在芯片表面实现极性冷分子静电导引的新方案。
我们计算了芯片表面的空间电场强度的分布，分析了静电导引系统的不同的几何参数和电场强度(最大有效囚禁势、梯度力)之间的关系。
我们的研究表明，在绝缘介质表面产生的空心静电导管可以沿着z方向导引弱场搜寻态的极性分子，可以得到较高的导引效率。
当导体棒之间的半宽度a较小，半径r_0较大，与接地平板之间的距离b较小时，导引电压越大，最大横向有效囚禁势越大，对极性冷分子的横向约束就会越紧，在空心静电导管中导引冷分子的平均直径(也即平均横向运动范围)越小。
在一定条件下，特别当平均直径接近丁冷分子的德布罗意波长时，有可能实现冷分子的单模波导。
甚至可以采用弯曲静电导引来产生一束连续的冷的极性分子束。
激光诱导的反斯托克斯荧光制冷_一个全新的制冷概念
3 国家自然科学基金资助项目1997-10-15收到激光诱导的反斯托克斯荧光制冷———一个全新的制冷概念3秦伟平 张家骅 黄世华(中国科学院激发态物理开放实验室,长春 130021) 摘 要 激光诱导的反斯托克斯荧光制冷,是近年来刚刚起步的新的制冷技术.光致反斯托克斯荧光的发射为凝聚态物质激光制冷提供了物理学基础.激光制冷具有体积小、重量轻、无噪声、无振动、无污染、无电磁辐射等优点,可望在不久的将来成为一项实用的制冷技术.该技术在光计算、光存储、超导、空间技术、集成光学、光通信和电子工业等领域具有广泛的应用前景.关键词 激光制冷,反斯托克斯荧光,稀土离子荧光LASER IN D UCE D ANTI ST OKES F L U ORESCENT COOL INGQin Weiping Zhang Jiahua Huang Shihua(L aboratory of Excited State Processes ,The Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130021)Abstract Laser -induced anti -Stokes fluorescent cooling is a new technique introduced in recent years.The emission of anti -Stokes fluorescence excited by light is the physical basis for thefluorescent cooling of condensed matter.A refrigerator based on laser -cooling has the advantage of small size ,light weight ,noise free operation ,no moving parts ,no pollution ,and no electromagnetic re ser -induced fluorescent cooling may become a practical technique in the near future that may be widely used in optical computation ,optical storage ,superconductivity ,space technology ,inte 2grated optics ,optical communication and the electronics industry.K ey w ords laser cooling ,anto -Stokes fluorescence ,fluorescence of rare -earth ions1 引言生活在现在的社会中,人们对激光和制冷这两件事会觉得很熟悉.人们使用的激光唱盘机、激光视盘机和激光电视等都是应用了激光技术的高科技生活用品;而冰箱具有的冷藏能力更是在家庭生活中起了重要作用,因此人们对制冷的概念有更加深刻的认识.如果把激光和制冷这两件看起来不相关的事情联系到一起,可能会使很多人感到惊讶.然而,科学家们真的把这两件看起来不相关的事情联系到了一起,并在近来很短的时间内作出了惊人的成绩.Epstein 在《自然》[1]杂志上报道了用激光诱导固体材料的反斯托克斯荧光制冷方法,实现了013K 的降温.这是一个历史性的突破.紧接着,Clark 和Rumbles [2]发表了用同一方法在液体中实现了激光制冷,将温度降了3K.在后来不长的时间里,Mungan [3]用该方法在玻璃光纤中实现了16K 的降温.早在1929年,Pringsheim[4]就提出了通过反斯托克斯荧光对材料进行制冷的思想.十几年后,著名物理学家朗道[5]从热动力学的原理出发,证明了它的可行性,从而在理论上为反斯托克斯荧光制冷的实现铺平了道路.1950年,法国研究者Kastler[6]讨论了两个系统:(1)在圆偏振光的照射下,钠蒸气劈裂的塞曼能级;(2)在氯化钠晶体中的稀土离子电子跃迁的振动边带.他认为,在上面两个系统中都可能观察到发光-卡路里(lumino-caloric)效应.1957年,捷克研究者Tauc[7]在发表的论文中,提出半导体可以作为反斯托克斯荧光制冷材料,并申请了专利[8].但由于G aAs等半导体具有比较大的折射率,即外量子效率很低,光子趋向束缚于材料的内部,增加了参与无辐射跃迁的几率,因此没有观察到净的制冷.如果这个问题一旦解决,直接对芯片进行制冷就将成为可能.激光器诞生以后,人们很自然地将它应用到了反斯托克斯荧光研究上.1968年,Kushida 和G eusic[9]在贝耳实验室利用Nd3+∶YA G激光器泵浦另外一块Nd3+∶YA G制冷样品.他们的根据是,受激激光发射的平均能量应该比第二块晶体的同一对能级间的自发辐射的平均能量低.然而,由于技术和条件上的原因,他们却没有观察到净的制冷效应.当然,对于Nd3+离子存在另外一个问题,在激光的激发态能级的上面和下面存在着一些其他的4f带,促进了无辐射跃迁的发生.1972年,Chang[10]在一次会议上,发表了有关在有机染料溶液中实现反斯托克斯荧光制冷应用的可能性的观点,直到最近该工作才得以完成[2].第一个被观察到具有实际制冷现象的系统是由CO2激光器泵浦的CO2气体的振动态跃迁[11].特别是用1016μm泵浦的(1000)→(0001)跃迁,(0001)→(0000)的反斯托克斯荧光发射为413μm具有理想的分支比.观察到的压强变化与～1K的制冷相一致.然而,同固体材料相比,气体的密度比较低,碰撞退激发要在比较高的气体压力下才能起决定作用.很明显这样的系统对于实际的制冷器并不理想.2 基本原理通过反斯托克斯荧光对材料进行激光制冷的原理并不复杂.泵浦用的激光就像制冷泵,有人称其为“光子泵”[12],反斯托克斯荧光作为带走热量的介质.当我们用光激发一些材料时,这些材料会吸收激发光子,紧接着又会放出荧光光子.如果我们对激发光和材料进行选择,就有可能发生如下的情况,即材料吸收较低能量的光子后,发射出较高能量的光子.这两种光子间的能量差就是材料的热激发所形成的.也就是说,材料中的热能转变成了光能,并以荧光的形式被带走.而材料的温度会降低,达到制冷的目的.这就是反斯托克斯荧光制冷的基本原理.而这种吸收能量较低的光子后发射能量较高的光子的过程称为反斯托克斯荧光过程,所发射的荧光称为反斯托克斯荧光.毫无疑问,制冷的工作材料和激发光波长的选择是该技术应首先要解决的问题.为了说明如何选择上面两个关键因素,必须将基本原理加以详细的说明.首先,让我们从材料谈起.根据上面谈到的基本原理,激光制冷所使用的材料应具有光致荧光特性.材料在某一波长的光激发下能发射出荧光.因此,要求材料中具有发光中心.所谓的发光中心就是在某种条件下能够发射光子的原子、分子、离子和缺陷.它们往往是人们为了某种目的有意掺入材料中的一些杂质.图1表示一个能级结构非常简单的发光中心,其中11为基态,21和22为激发态能级的两个斯达克劈裂.基态和激发态之间具有比较大的能级间距.根据能隙定理,激发态向基态的跃迁以辐射跃迁为主,无辐射跃迁的几率非常小,可以忽略.因此,上能级的激发态只能通过发射一个光子的形式向下能级弛豫.我们也可以说,系统的辐射跃迁(荧光)量子效率接近1,即每吸收一个具有能隙宽度大小的光子便放出一个光子.图1 上能级劈裂的发光中心模型(11为基态能级,21和22是激发态的两个斯达克劈裂能级,相距很近.吸收光子后,从11跃迁到21,热激发使21向22发生跃迁,并在很短的时间内达到热平衡)我们假设激发态的两个斯达克劈裂能级间的距离最大只有几个k T ,k 为玻尔兹曼常数,T 为制冷时的温度.当这两个能级的热平衡被破坏后,在极其短暂的时间内(几个皮秒或更快),两个能级将重新达到热平衡.这就构成了一个最简单的荧光制冷系统.例如,一个窄带光源(也就是激光),被调谐到激发基态11向激发态21之间的跃迁,能级21就会变得过布居,从而相对于能级22之间的热平衡就不复存在.为了恢复热平衡,一些处于激发态21的粒子将瞬间地转移到较高的能级22上.随后,处于激发态的粒子就马上会以辐射跃迁的方式弛豫到基态:能级21→11和22→11的跃迁都会辐射荧光.这样的荧光辐射弛豫,典型地发生于纳秒到毫秒量级的时间的尺度内,比激发态之间的热平衡要慢得多.很明显,发射的光子的平均能量比吸收光子的平均能量大.这个能量差就是受激能级之间达到热平衡所需要的热吸收,并且被固体材料所发射的荧光带走,结果造成了制冷效应.另外,我们也可以假设基态劈裂成两个能级11和12(如图2所示),并且激发态是由单个能级21构成.通过调谐激光,使能级12向21跃迁,随着能级21向12和21向11的跃迁发生,放出荧光光子.为了满足热平衡的要求,11吸收热量后在瞬间向12发生热跃迁.这样,就保证了12向21光跃迁的粒子数的需求.同样,荧光光子的平均能量大于吸收光子的平均能量,从而产生制冷效应.图2 下能级劈裂的发光中心模型(11和12为相距很近的两个基态斯达克劈裂能级,21是激发态能级.吸收光子后,从12跃迁到21.热激发使11向12发生跃迁,并在很短的时间内达到热平衡)更一般地讲,我们可以想象如图3所示的这种情况.上能态和下能态都是由相距很近的一些能级组成.泵浦激光尽可能地调谐到吸收光谱的红边,这样激发跃迁发生在下能级的顶部和上能级的底部之间.激发态和基态间将产生光辐射跃迁,辐射的荧光平均地具有较短的波长,或者说具有较高的能量,结果就导致了制冷.在该模型中,基态和激发态都具有能级劈裂,一旦激发过程发生,被破坏的热平衡将通过吸收热量重新建立.图3 上、下能级均有劈裂的发光中心模型(11—1n 为相距很近的一组基态斯达克劈裂能级;21—2n 为相距很近的一组激发态斯达克劈裂能级.吸收光子后,从1n 跃迁到21.热激发劈裂能级在很短的时间内达到热平衡)在该项研究中,可选材料应具有类似于图1,2,3中所画的能级结构.如导半体(激发带隙)、掺杂稀土或过渡金属的晶体和玻璃(激发它们的4f 或5d 多重态)、处于任何态的多原子分子(激发在振动能级之间产生).如辐射量子效率为1,每个光子的制冷能量就等于荧光光子和吸收光子之间的能量差.入射泵浦光的波长为λ泵浦,并将荧光光子的平均能量写为λ平均/hc.我们可以导出P制冷=P吸收(λ泵浦-λ平均)/λ平均,式中P制冷为制冷功率,P吸收为吸收的泵浦功率.此处的λ平均是由实验决定的,即通过测量荧光光谱并找到其平均能量所对应的波长.利用以上公式,人们可以很容易地计算出任何感兴趣的材料的制冷效率.然而,在实际工作中,很多因素都会限制制冷功率.如无辐射能量弛豫过程(加热过程)、激发态的再吸收、荧光的吸收、材料体的和表面的不纯净所造成的能量转移等诸多过程.3 实验方法Epstein等人首次成功地通过激光诱导反斯托克斯荧光在固体体材料上获得净的制冷.他们所用的材料为掺杂Yb3+的重金属氟化物玻璃Z BLANP(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF-PbF2).Z BLANP是一种声子能量较低的玻璃材料.近几年来人们对Z BLANP玻璃的研究越来越多.稀土离子Yb3+具有类似图3所示的简单的能级结构,也就是说,在体玻璃材料的紫外吸收边的下方,只有两个非均匀展宽的能级,即一个4能级的2F7/2基态和一个3能级的2F5/2激发态,它们之间有近1μm的能隙劈裂.对于反斯托克斯荧光制冷的研究来说,钇在该基质中具有非常理想的无辐射长寿命及高的平均荧光光子能量.如图4所示,Epstein等人利用共线光热探测技术,研究了掺杂1wt%Yb3+的Z BLANP 样品的微观制冷性质.用斩波的红外光照射样品,同时用一束反向的He-Ne激光束聚焦在样品的同样区域,015Hz斩波的泵浦红外光引起He-Ne激光发生热诱导的角度变化,并被数字示波器同步地探测到.观察到的探测信号的大小作为泵浦波长的函数,决定于样品的吸收和红外泵浦功率,并给出了制冷效率.如图5所示,在980nm和1010nm激光激发下,两个波形相差180度的相位.这表明两个波长的激发分别导致加热和制冷两种效应.图4 共线光热探测方法的实验装置(He-Ne激光通过样品的制冷区域,当温度发生变化时,折射率要发生改变,因此He-Ne激光的方向要发生偏折.利用位置灵敏探测器即可测到这种变化)图5 共线光热探测的两种波形(在980nm激光激发下,加热效应使He-Ne光束产生偏折,在1010nm激光激发下,制冷效应使He-Ne光束产生相反方向的偏折.因此,两种波形分别对应着加热效应和制冷效应)在实验中,研究人员采用了两个完全一样的样品,样品的形状如火柴杆,悬吊在一个真空室内.沿着其中的一个样品的长轴用功率为800mW、波长为1008nm的光进行照射.为了探测照射样品相对于非照射样品的温度,用一个InSb焦平面阵列测量样品上一个小点的黑体辐射.他们探测到了低于环境温度013K的净制冷效应[1].该研究组的另外一个工作是将温度降了16K[3].他们将样品的几何形状变得更加合理,采用了钇掺杂的Z BLANP玻璃光纤.用770nW 的1015nm的激光泵浦一小段这样的光纤,使其温度从298K变到了282K.温度是直接从测量荧光光谱的形状得到的,因为荧光光谱的形状受基态和激发态能级的玻尔兹曼布居的影响.另外,通过对样品进行激光的突然照射,测量样品的指数热弛豫,可以肯定地说,样品上起决定作用的热负荷是背底的黑体辐射.对于上述实验来说,在1015nm波长泵浦时,室温实验的制冷效率约为2%.当然,如果泵浦波长加长,制冷效率还能提高.然而,由于在样品的吸收光谱的红端,吸收系数迅速下降,这就需要相应地增加光束在样品中的光程,以增加吸收.为此目的,可以采用两种方法:一是采用长的光纤作为工作材料,并且光纤的外包层对荧光是透明的,荧光可以透过它射出,光纤缠绕在一个冷端上,冷端镀金以反射荧光辐射,然而,并不是所有的材料都可以拉制成具有所需的弯曲半径和强度;更一般的方法是,将表面抛光的样品置于一个共焦的F-P腔内,激光从反射镜上的一个小孔射入,经过多次反射以增加光程.入射激光由于反射而陷于腔内,直到被样品吸收.另外一个比较有意义的工作是由Clark[2]等人完成的.他们采用罗丹明101作为制冷介质,因为它的量子效率接近于1,不存在无辐射弛豫通道.他们采用的样品是含有罗丹明101的酸性乙醇溶液,其中罗丹明101的含量为10-4M,HCl的含量为10-2M.实验中研究人员用1mW的He-Ne激光(63218nm)对该样品进行激发,并用单色仪和光电倍增管观测荧光光谱和荧光强度.他们发现在上述条件下,罗丹明101的荧光强度随时间的增加不断减弱,表明制冷效应存在.在进一步的工作中他们发现:激发光波长在620—634nm范围内,荧光强度随时间减弱;激发光波长在583—605nm范围内,荧光强度随时间增强.前者意味着制冷效应的存在,后者意味着加热效应起了作用.Clark 等人利用该方法观察到了3K的降温.4 应用前景目前在室温实验中得到的激光制冷效率仅为2%,当然通过增加泵浦波长还可以将其提高.但是,随着波长的增加,制冷介质对泵浦光的吸收也迅速下降.当然我们可以通过加长光程来增加制冷介质对泵浦光的吸收.一种方法是采用光纤状介质,并使荧光可以从光纤的表面射出,减少荧光再吸收的几率;另一种方法是采用F-P腔的结构,将制冷介质置于腔内,这样就可以增加泵浦光在介质内的往返次数,加大了制冷介质对泵浦光的吸收.随着半导体激光器的不断发展,各种波长的半导体激光器层出不穷.这就为激光制冷器的小型化提供了条件.体积小而又无振动的制冷器毫无疑问将具有广阔的应用前景.比如在光存储领域,用光谱烧孔的方法对信息进行记录,可以在每个记录点上记录上千个比特的信息,然而,这需要在低温下才能实现.将记录介质泡在液氮中进行工作是不现实的.体积小的激光制冷器就有可能实现其实用化.另外在电子工业领域,随着集成度的不断增加,芯片的单位体积发热量不断上升,已经到了影响集成度进一步提高的程度.目前高度集成的芯片采用风扇制冷的方法.这不仅增加了噪声,也常常使芯片不能正常工作.在空间和军事领域,体积和重量的减少就意味着资金的节省和安全性的提高.因此,我们可以说,未来的高科技呼唤着激光制冷器的实用化.参考文献[1]R.I.Epstein,M.I.Buchwald,B.C.Edwards et al.,N at ure,377(1995),500.[2]J.L.Clark,G.Rumbles,Phys.Rev.Lett.,76(1996),2037.[3] C.E.Mungan,M.I.Buchwald,B.C.Edwards et al.,Phys.Rev.Lett.,78(1997),1030.[4]P.Pringsheim,Z.Phys.,57(1929),739.[5]ndau,J.Phys.(Moscow),10(1946),503.[6] A.K astler,J.Phys.Radium,11(1950),255.[7]J.Tauc,J.Phys.,7(1957),275.[8]W.E.Bradley,U.S.Patent,No.2898743,(1959).[9]T.Kushida,J.E.G eusic,Phys.Rev.Lett.,21(1968),1172.[10]M.S.Chang,S.S.Elliott,T.K.Gustafson et al.,I EEEJ.Quant um Elect ron.,8(1972),527.[11]N.Djeu,W.T.Whitney,Phys.Rev.Lett.,46(1981),236.[12]N.Djeu, m un.,26(1978),354.3 国家自然科学基金资助项目,安徽省自然科学基金资助项目1997-10-10收到初稿,1997-12-15修回理论物理研究与光纤通信新概念探索3杨 理 阎沐霖(中国科学技术大学基础物理中心,合肥 230026)刘颂豪(华南师范大学量子电子学研究所,广州 510631) 摘 要 文章从光纤通信的基本概念出发,介绍了新一代光纤通信系统———光孤子通信系统研究中与物理学有密切关系的一些方面,并结合作者近年来的探索性工作,较深入地讨论了这一首例非线性通信系统的关键问题,提出了孤子信道的RLL(run length limited)编码和孤子-混沌通信的概念,并重点介绍了光孤子-呼吸子通信的基本思想和主要结果.关键词 光孤子通信,光孤子-呼吸子序列,RLL信道编码,孤子-混沌通信THEORETICAL PH YSICS AN D THE EXPLORATION OF NEWCONCEPTS IN FIBER OPTIC COMMUNICATIONY ang Li Y an Mulin(Center f or Fundamental Phycsics,U niversity of Science and Technology of China,Hef ei 230026)Liu Songhao(Instit ute of Quant um Elect ronics,South China Normal U niversity,Guangz hou 510631)Abstract Beginning with the basic concepts of optical communications,several aspects close2 ly related to the physics of optical soliton communications are introduced.The key problems of this nonlinear communication system are discussed in depth.We propose some new concepts such as RLL channel coding of solitons and soliton-chaos communication,and introduce the basic ideas and main results of optical soliton-breather communication.K ey w ords optical soliton communication,optical soliton-breather sequencies,RLL channel coding,soliton-chaos communication 现在常能见到人们把信息与物质、能量相提并论,信息的重要性正逐渐为当代社会所认识.严格说来,各种技术资料、工艺流程以至整个科学技术理论都是“信息”,失去这些信息,人类社会将不知要倒退多少年.进一步而言,生命的过程本质上也是信息演变的过程.由碳、氢、氧、氮等简单元素构成的基因携带着生命的信。
激光武器专家赵伊君
激光武器专家赵伊君赵伊君，国防科技大学教授，应用物理和强光光学专家。
l953年毕业于北京大学物理系，历任哈尔滨军事工程学院海军工程系助教、原子工程系讲师，长沙工学院教研室主任，国防科技大学应用物理系副教授、教授、光子对抗研究中心主任、博士生导师。
1997年当选为中国工程院院士。
赵伊君教授长期从事原子结构、气体物理力学、核爆炸光辐射和高能激光武器的科研和教学。
作为第一完成人获国家科技进步一、二等奖各l项，部委级科技进步一、二等奖各4项。
六十年代，赵伊君教授参加核试验，基于强爆炸时氧、氨分子反应动力学，定量描述了最小照度现象，建立了由光辐射速报核爆当量方法，荣立二等功；为核试验研制出3种光辐射测试设备，获湖南科学大会奖。
七十年代，赵伊君教授提出核爆炸多层球模型，其中辐射流体力学方程中状态方程和不透明度由原子结构和高温气体物理力学求出。
总结此工作，出版《角动量与原子能量》、《原子结构的计算》、《原子的X—alpha波函数》3部专著，起到了在我国推广原子自洽场计算的作用。
禁止大气层核试验后，赵伊君教授基于核爆光辐射与强激光同属强光光学，转而探索激光武器破坏机理。
用原子分子物理和物理力学方法，提出激光在非完全电离等离子体中的输运及在固体表面沉积算法，建立了脉冲激光使金属壳体层裂、连续激光引起材料软化等模型，得出破坏不同目标所需激光系统的主要参数。
1976—1983年期间，先后在中国科学院、中国力学学会、中国物理学会召开的全国性学术会议上发表了《高能激光辐照固体材料时热激波效应的计算》、《激光脉冲辐照金属材料时引起的层裂破坏》、《破坏效应研究中的原子分子物理问题》等报告，推动了该领域研究从宏观向微观层次的深入，1988年被863计划某主题聘为强激光破坏机理专题专家。
1984 年起被任命为我国激光武器某任务专家组组长，在总装领导下，他带领来自全国5 大部门、10个研究所、数百名科技人员组成的科研团队，经二十多年努力，在理论研究和工程技术方面均取得重大进展。
中性分子束光学Stark减速与反射的理论研究
中性分子束光学Stark减速与反射的理论研究【摘要】：中性分子的冷却、囚禁与操控是冷分子物理与分子光学的前沿研究课题之一。
与原子相比,分子具有更加丰富的内态结构,因此冷分子与超冷分子可广泛用于基本物理问题的研究、基本物理常数的精密测量、分子冷碰撞性质的研究、量子计算与量子信息处理以及冷化学的研究等。
所以,分子光学研究有着十分重大的科学意义和广阔的应用前景。
近十年来,冷分子的产生和应用研究得到了快速的发展。
本文首先综述了中性分子的冷却、囚禁与操控的基本原理、实验研究及其最新进展;其次,讨论了脉冲超声分子束和连续射流分子束产生的基本原理及其性能;接着,就中性分子的光学Stark减速进行了详细的理论研究,并就半高斯光束构成的分子反射镜进行了理论分析;最后,就本文的研究工作进行了总结,并就本课题的未来研究进行了展望。
本文提出了一种产生无衍射条纹的半高斯光束的新方案。
我们采用空间光调制器破坏激光场的相干性,得到部分相干光,然后让具有高斯分布的部分相干光通过半无限大平板得到无衍射条纹的半高斯光束。
我们运用统计光学与衍射光学的知识计算了该方案产生的半高斯光束的强度分布。
我们提出了采用半高斯光束实现中性分子光学Stark减速器的二种新方案:即采用单级准连续的半高斯光束减速连续分子束和采用静电存储环和半高斯束的多级光学减速脉冲分子束的Stark减速方案。
利用Monte-Carlo方法研究了半高斯光束的单级光学Stark 减速器对连续分子束的减速效果以及多级光学Stark减速器对脉冲分子束的减速效果。
当用阱深为7.33mK的准连续半高斯光束减速温度为10mK的重氨分子束时,可以获得动能损失约为10%的减速效果,同时入射分子束中超过90%的分子能够从减速器中输出。
如果将分子束囚禁在静电存储环中,可以实现分子束的多级光学Stark减速。
囚禁在静电存储环中的速度为15m/s的重氨分子与阱深为10.86mK的半高斯光束作用24次之后,速度可降为2.89m/s。
原子分子光学
1原子分子光学——基本概念、原理及其最新进展2内容一、引言二、原子的激光冷却三、原子囚禁六、分子光学的探索四、原子BEC五、应用原子光学3一、引言学习过的光学课：普通物理（光学部分）、非线性光学、量子光学、信息光学……光具有波粒二相性：粒子性和波动性光束传播的三大定律：直线传播定律、反射定律和折射定律光的衍射和干涉现象光在晶体中的传播，光与物质的相互作用激光具有：单色性、方向性和相干性光学相干性，相干态……光子光学：一门研究光的物理本性、光的传播规律和光和物质相互作用及其应用的传统学科。
45所谓“原子光学”, 类似于光子光学，电子光学, 中子光学和离子光学等的定义。
“原子光学”是研究中性原子与电场、磁场和光场等物质相互作用及其冷却、囚禁、操控与应用的一门新兴学科。
杨氏双缝干涉条纹冷原子物质波干涉条纹7（2）在光子光学中, 采用光学反射镜即可实现光的反射, 采用光纤或中空光纤即可实现光的波导。
由于原子与介质表面相互作用时存在着范德瓦尔斯吸引势, 无法直接采用光学反射镜来有效反射原子束, 也无法直接利用中空光纤来有效导引原子,而必须采用具有蓝失谐消逝波光场的光学棱镜或平面镜来有效反射原子束, 或采用具有蓝失谐消逝波光场的中空光纤来有效导引原子。
为了有效地操纵与控制中性原子的运动,必须首先对热原子进行激光冷却,大大降低原子运动的平动动能(即原子温度),使原子运动的动能远低于偶极相互作用势能,并有效增加原子运动的波动性以便研究冷原子的反射、衍射和干涉等波粒二象性。
显然,在光子运动的操纵与控制中,直接采用相应的光学器件即可实现,而无需对光子进行冷却。
这是原子光学与光子光学最显著的不同之处。
8（3）光束在真空中传播时所有光子的运动速度均为3×108m/s ，因而不存在光子运动速度的分布。
原子束中原子通常其纵向平均速度约为5 m/s ~ 500 m/s ，甚至更低（如原子激光束）；而且原子束中每一个原子的运动速度是不相同的，存在着一个纵向速度分布（即纵向温度）；除了上述纵向平均速度及其分布外，原子束还具有横向平均速度及其横向速度分布（即横向温度）。
神奇的激光能冷却
考试·高中理科 新知 2013年第3期神奇的激光能冷却□华兴恒上个世纪八十年代，借助激光技术获得了中性气体分子的极低温度（如10-10K）状态，这种获得低温的方法就叫做激光冷却。
激光冷却中性原子的方法是汉斯（T.W.Hansch）和肖洛（A.L.Schawlow）于1975年提出的，八十年代初科学家们便实现了中性原子的有效减速冷却。
激光冷却的基本思想是：运动着的原子在共振吸收迎面射来的光子后，只要激光的频率与原子的固有频率一致，原子就会吸收迎面而来的光子而减小动量；与此同时，就会引起原子的跃迁（原子又会因跃迁而发射同样的光子，不过它发射的光子是朝着四面八方的），处于激发态的原子灰自发辐射出光子而回到初态，由于反冲会得到动量。
此后，它又会吸收光子，又自发辐射光子。
但应注意的是，它吸收的光子来自同一束激光，方向相同，都将使原子动量减小。
而自发辐射出的光子的方向是随机的，多次自发辐射平均下来并不增加原子的动量。
因此实际效果是原子的动量每碰撞一次就减少一点，直至最低值。
大家都知道，动量与速度成正比，动量越小，速度也越小。
因此所谓激光冷却，实际上就是在激光的作用下使原子减速（温度是物体分子热运动的平均动能的标志）。
实际上一般原子一秒钟可以吸收发射上千万个光子，因而可以非常有效地减速。
例如，对冷却钠原子的波长为589nm的共振光而言，这种减速效果相当于10万倍的重力加速度。
上述减速实现时必须考虑入射光子对运动原子的多普勒效应。
原子束是以一定的速度前进的，迎面而来的激光在原子“看来”频率好像有所增大，这就好比在高速行进的火车上听迎面开来的汽车喇叭声一样，你会觉得汽车尖啸而过，与平时大不相同，这就是多普勒效应。
因此只有适当地调低激光的频率，使之正好适合运动中的原子的固有频率，才会被吸收，使原子产生跃迁，从而不断地吸收和发射光子，达到使原子减速的目的。
因此这种冷却方法也可叫做多普勒冷却。
实际上原子的运动是三维的，1985年朱棣文和他的同事在美国新泽西州荷尔德尔（Holmdel）的贝尔实验室进一步用两两相对，沿三个正交方向的六束激光使原子减速。
中国激光冷却原子史的新解读_基于档案、手稿等新史料
㊀㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023):106-120学术沙龙中国激光冷却原子史的新解读基于档案、手稿等新史料钱逸涛㊀杨㊀凯摘㊀要㊀激光冷却原子是20世纪70年代国际原子物理界出现的一个新兴研究领域㊂中国科学家王育竹率先认识到冷原子物理具有革命性的研究前景,提出利用光频移效应实现激光冷却气体原子等新机制,并在20世纪80年代开展了一系列具有开拓性的实验工作㊂根据中国科学院上海光学精密机械研究所的档案㊁王育竹科研手稿等原始资料等,试重新解读中国激光冷却原子史,王育竹研究团队较早观察到了低于多普勒极限的新物理现象,但在后续实验验证工作的系统性㊁新理论框架的搭建上尚与斯坦福大学等研究团队存在差距㊂诺贝尔奖是各类条件下的综合性产物,以诺奖作为唯一评判标准忽视了在中国情境下科学研究的特殊性,新的科学评价标准需建立在长时段㊁综合性体系之上㊂关键词㊀激光冷却原子㊀王育竹㊀中国科学院上海光学精密机械研究所中图分类号㊀N092ʒO4文献标识码㊀A收稿日期:2023-09-25作者简介:钱逸涛,1999年生,安徽枞阳人,江苏科技大学科学技术史硕士研究生,研究方向为近现代中国科技史;杨凯,1985年生,浙江湖州人,江苏科技大学科学技术史研究所副教授,研究方向为近现代科技史㊂基金项目: 王育竹院士学术成长资料采集工程项目 (项目编号:CJGC2022-K-Z-SH02)㊂一 引言1997年10月15日,瑞典皇家科学院宣布该年度的诺贝尔物理学奖授予美601国物理学家朱棣文(Steven Chu)㊁威廉㊃菲利普斯(William D.Phillips)以及法国的科恩-塔诺季(Claude Cohen-Tannoudji)教授,以表彰他们在发展用激光冷却和捕获原子方法方面所做出的杰出贡献㊂消息传至国内,国家自然科学基金委及很多国内科学家发现激光冷却原子研究领域早有中国学者王育竹踏足㊂有学者认为: 王育竹提出的激光冷却气体的物理思想与现在使用的机制是一致的㊂ [1]而王育竹的研究成果也早早发表在1980年‘科学通报“第9期及1981年的‘激光“第8期上,因此不少科学家甚至媒体发声认为 中国科学家错失诺贝尔物理学奖 中国学者距离诺贝尔奖仅咫尺之遥 [2]㊂王育竹是否真的曾接近诺贝尔物理学奖?笔者在搜集史料的过程中发现了两份来自诺贝尔奖委员会的来信(图1),信件内容显示王育竹被邀请为1997年度㊁1998年度诺贝尔物理学奖提交提案,并为自己选定的获奖发明或发现给出推荐理由,这表明诺奖委员会早已注意到了王育竹的研究成果,并对其研究工作给予了充分认可㊂关于这段早期中国激光冷却原子史研究尚留有诸多疑点,尤其是其中有几个核心问题:中国科学家王育竹关于激光冷却原子的研究在时间上是否具有优图1.诺贝尔奖物理学奖委员会的来信①701钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①诺贝尔奖委员会来信,1997㊁1998年,具体月份不详,该信件原件由王育竹院士办公室提供㊂801㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)先性?其研究在同期同类成果中处于什么位置?王育竹研究成果是否真正达到了国际领先水准?没有获得诺贝尔物理学奖是否意味着中国科学家此前的努力付诸流水?这些问题尚未能从前人研究成果中得到清晰完整的正面解答㊂关于中国激光冷却原子史,主要来自当事人的回忆性文章:王育竹记述了开展激光冷却原子初步阶段时期的动力㊁物理思想以及开展的实验结果[3],王义遒记述了其在北京大学开展利用与原子束逆向行进的激光束减速原子束研究的经历[4]㊂此外,陈崇斌等曾基于部分访谈资料和文献简述了中国激光冷却原子研究的发展史,并将其中的经验教训归结为缺乏关键的实验设备㊁科研资金不到位等因素[5]㊂本文拟根据对当事人的访谈资料㊁王育竹论文手稿㊁中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称上海光机所)所藏档案等新史料重新解读这段历史,并以此求教于学界同仁㊂二 国际国内同期同类成果的对比早在20世纪60年代就有苏联科学家提出可以利用激光驻波限制原子的活动范围,从而达到 捕获原子 的效果[6]㊂但完整提出利用激光辐射压力来冷却气体原子的机制则是来自斯坦福大学的肖洛(A.L.Schawlow)教授和德国物理学家汉斯(T.W.Hansch),在他们1975年发表的文章当中明确将激光冷却原子的过程称为 多普勒机制 ,并通过理论推导㊁数值估算将该机制对应的极限温度称为多普勒极限(大约为240μk)[7]㊂1984 1987年间斯坦福大学的朱棣文及其同事通过多次实验验证了多普勒冷却机制,并在此过程中进一步发展了构成了新的磁光陷阱(Magneto-tptical trap,以下简称 MOT )技术,MOT技术进一步提高了冷却原子的密度,延长了观察时间,为后续激光冷却原子的实验工作提供了重要的技术手段[8,9]㊂汉斯㊁肖洛提出的多普勒冷却机制从提出到成功验证跨越了近10年时间,在此期间激光冷却原子研究虽然在国际上产生了一些反响,但影响范围有限,在中国开展激光冷却气体原子研究的单位更不多见,主要有上海光机所的王育竹的团队和北京大学的王义遒研究团队等,其中王育竹最早认识到了激光冷却原子这种新技术具有广泛的应用前景,据王育竹回忆:1978年我们在工厂完成了航天科学技术所需的科研任务后,重新回到了研究所,开始了科研工作㊂我们已经离开研究工作七年了,搞什么研究课题呢?国际上发展现状如何?在图书馆我查到了1975年汉斯和肖洛发表在光通讯上的文章,他们提出激光冷却气体原子的建议 这篇文章对我产生了巨大的吸引力 我决心投入到 激光冷却气体原子 研究中去,因而决定了我后半生的科研道路㊂[10]传统原子钟的性能受限于原子的热运动速度,若能有效减缓热原子的运动速度就能大幅提高原子钟的稳定度和精确度,这对原子钟技术的改进将是革命性的㊂基于此,王育竹在1977年就提出了利用积分球红移漫反射激光冷却气体原子,在一份王育竹亲写的手稿当中记录了他当时提出该机制的理论思想和初步推算(图2),其基本物理思路是当原子进入球型腔后,球内的红移漫发射激光与原子发生共振,原子受到共振光压的作用会不断减慢速度,从而达到冷却效果㊂但是这种新机制的实验条件十分严苛,比如要求实验中的光学系统是一个对原子束轴向对称的系统,球形腔内各方向传播的光强度均等㊂因此相关实验直到1992年才完成,并证明了该机制属于多普勒机制的范畴㊂图2.王育竹关于激光冷却原子束方案讨论手稿[11]多普勒冷却机制在1975年被提出后虽然在国际上经各研究小组反复验证,但随着大量新实验研究结果出现,科学家发现所谓多普勒极限是可以被突破的㊂比如王育竹在1979年提出的利用交流斯塔克效应(光频移效应)激光冷却原子,正是一个不同于多普勒冷却的新机制[12]㊂除此之外,王义遒研究团队也于20世纪80年代率先提出利用激光减速原子束频标的新方法[13]㊂这说明中国科学家是901钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀在激光冷却原子研究领域尚不热门时就介入了该领域的研究中来,但对于前述核心问题如:国内研究成果同国外同类型研究成果相比到了哪一阶段?其物理思想落实到何种程度?发表时间上又是什么顺序?则需要进一步的梳理分析㊂笔者汇总了1975 1989年间国内外具有代表性的激光冷却原子领域学术成果(表1)㊂表1.1975—1989年间部分国内外激光冷却原子领域代表性学术成果表序号主要作者主要完成单位文章性质发表刊物发表时间1 A.Ashkin美国贝尔实验室实验结果Phys.Rev.Lett1970 2Haensch T等斯坦福大学理论构建mum19753 D.Wineland等美国国家标准与技术研究所理论构建Phys.Soc1978 4王育竹上海光机所提出假说科学通报1980 5王育竹上海光机所提出假说中国激光1981 6Steven Chu等斯坦福大学实验验证Phys.Rev.Lett19847W.D.Phillips等美国国家标准与技术研究所实验验证Progress in QuantumElectronics19848王义遒北京大学提出假说波谱学杂志1988 5Steven Chu等斯坦福大学实验验证mum1989 9Dalibard等巴黎高等师范学院理论构建J.opt.soc.am.b1989 1975 1985年间国外研究单位,特别是斯坦福大学物理系完成了科学研究中所必需的提出假设㊁形成理论㊁实验重复验证的闭环,其研究时间持续长,合作单位众多,包括位于美国新泽西州的贝尔实验室㊁巴黎高等师范学院等顶尖科研单位,激光冷却原子领域中重要技术名词如多普勒机制(The Doppler mechanism)㊁光学黏团(molasses)㊁MOT(Magneto-tptical trap)技术等名词都均是由斯坦福大学研究团队首次提出,并得到了学术共同体的广泛认可㊂再如美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,简称NIST)激光冷却和捕获研究小组1991年以前就在Physical Review Letters㊁Nature㊁Sci-ence等顶尖刊物的发文数量累计已超过25篇㊂中国科学家王育竹㊁王义遒等人关注激光冷却原子这一新兴领域的时间并不比国外晚,甚至提出一些基本物理思想的时间比国外还早近10年,但支撑他们投入激光冷却原子研究的单位只局限于上海光机所㊁北京大学等少数几个单位,国内激光冷却研究单位从论文数011㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)量㊁论文发表的刊物级别㊁研究工作量来说和斯坦福大学等顶尖研究团队存在不小的差距㊂为进一步对比王育竹的激光冷却原子研究工作与国外同类成果,须将研究时段拉长,并且对研究内容及新物理现象的实验验证工作进行详细分析㊂三 提出突破多普勒极限的新机制1.理论设想一般认为王育竹提出的低于多普勒极限的新机制没有得到广泛关注有几个原因:(1)发表阵地,20世纪80年代的中国虽然已改革开放,但由于此前长期处于闭塞状态,导致中国科学家与国外学术界交流并不多,即使有一流的成果也难以被国际一流学者认可①,王育竹等人的早期成果又发表在中文期刊上,因此很难在国际学术界产生影响;(2)20世纪80年代国内对外学术交流渠道不通畅,获得顶尖专家的指导机会少[5]㊂不可否认这都是十分重要的客观因素,但将中国早期激光冷却研究工作没有获得足够影响力的原因完全归咎于以上两点,未免有以偏概全之嫌㊂因此笔者根据新发掘史料,对王育竹的早期激光冷却原子研究工作进行重新解读㊂1979年,正逢诺贝尔物理学奖得主肖洛(A.schawlow)访问上海光机所,访问期间王育竹向肖洛介绍了他关于激光冷却的物理思想,并将相关论文寄给肖洛审阅㊂肖洛归国后阅读了王育竹关于 利用交流斯坦克效应(光频移效应)激光冷却气体原子 一文后,他给王育竹写信说道: 这个思想是新的㊁合理的,表达是直接清晰的,建议迅速发表 ,来信原文如下:Dear Professor Wang :I must apologize for being so slow in answering your letter of February 12.Things have been very busy here and ,even now ,I have not been able to find the time to give your fascinating paper the careful study it deserves.The idea is novel and seems quite reasonable.The presentation seems clear and direct ,and as far as I can tell ,it would be appropriate to publish the paper in 111钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①笔者认为学界里流传的 1980年代中国学者缺少在国际一流学术刊物发表论文的机会 这一说法并不准确,该说法仅限于部分新兴研究领域,并不能推而广之㊂研究开启的时间早晚与后续研究工作的实际进展并无强关联关系,因此不能说是中国学者缺少在国际一流学术期刊发表论文的机会,而可能是还未到发表在国际一流学术刊物的时机㊂the form that you sent me.However,it would be nice if there were some quantita-tive estimates of possible laser powers and the corresponding cooline achiwvable. For instance,when we were preparing our paper,it appeared that available con-tinuous-wave lasers would produce only a little cooling unless a very large volume could be illuminated.Otherwise the atoms,moving at about100km per second, would move out of the illuminated regionbefore appreciable cooling would be a-chieved,But,even if you do not make any additions,I hope that your article will soon te submitted and publish.①来信中肖洛教授也指出现有研究存在的问题 对激光功率及其所对应可以实现的冷却效果缺乏定量化的研究,若原子以100km/s的速度逃出激光照射区域,将无法达到理想的冷却效果㊂此外,据王育竹回忆: 在1980年的国际激光会议上海分会场上,一位国外科学家也不认同交流斯塔克机制,认为在电容器中的原子,加上电压会使原子能级移动,无法冷却原子㊂ [14]虽然这个说法后面被证实有误,但从侧面反映1979年王育竹提出的新机制尚需要实验进一步验证,王育竹本人对此也有回应:(1)这两篇东西(指的是积分球冷却方案和交流斯塔克效应冷却方案)是在十三年前(1977年)开始搞激光冷却时写的东西㊂一篇在1979年成都光频标方案论证会上报告过,一篇未发表㊂由于当时尚无激光冷却方面的理论文章,所以我的两篇文章中没有系统的分析㊂(2)文章中提出了三种冷却方式的基本物理机制,即 利用积分球激光冷却原子束 非球面聚焦镜激光冷却 和 利用序列重复脉冲冷却原子束 它正是世界当前所谓的 Diffusion light cooling 和 White Light cooling 希望大家 把这两个基本思想做深入㊁做系统,做出有中国特色的冷却工作㊂②这证明王育竹在1979年提出的激光冷却新机制并非未被当时国际顶尖科学家注意,而其成果未能引起足够影响的原因可能在于其研究尚处于起步阶段,相关猜想或假设未经严谨的理论推导和数值估算,有效的实验验证工作也未能及时组织起来㊂作为一名严谨的实验物理学家,王育竹很清楚现有研究存在的不足,于是完成激光冷却原子方面的验证实验成为下一步研究工作中的重中之重㊂211㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)①②王育竹与肖洛教授的通信往来,1980年3月20日,存于中国科学院上海光机所王育竹办公室㊂王育竹科研说明手稿,1991年8月16日,存于中国科学院上海光机所王育竹办公室㊂2.实验验证1979年,王育竹赴日本东京大学短期交流,在东京大学分子光谱实验室,他与清水富士夫教授合作开展了多光束偏转钠原子束实验,实验方案如图3所示:通过特定实验装置使得激光入射方向垂直于原子束飞行方向,当激光频率与原子跃迁频率共振时,可以观察到偏转原子束的荧光在空间跳动,这显示了光压力的作用[3]㊂该实验结果证明了辐射光压用于激光冷却气体原子的可行性㊂%%图3.多光束偏转原子实验方案图图片来源:‘物理“2011年第7期第424页时隔多年,王育竹对在日本短暂的访问之旅仍记忆犹新,他回忆道: 这个实验结果(指在东京大学开展的多光束偏转原子实验)使我十分振奋㊂它证明了激光气体原子技术的可行性,这是世界上最早用激光观察到的光压力作用的实验结果之一! ①王育竹于1984年与同事在上海光机所组建成中国第一个激光冷却气体实验室(后改名中国科学院量子光学开放实验室),改进了传统原子束装置中探测束流强度的方法㊂利用照相机和一维二极管列阵组成一维荧光探测器,记录了原子束荧光的空间分布,获得了信噪比最佳的实验结果㊂还利用激光偏转原子束的方法第一次测量了热原子束的速度分布,从某种意义来说该项研究是1979年在东京大学实验工作的进一步延续和改进[15]㊂1987年,王育竹团队进行了钠原子束一维激光冷却实验,率先观察到了低于多普勒冷却极限的物理现象,与美国国家标准局(United States National Bureau 311钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①王育竹‘我的科研自述“,2012年2月,内部资料㊂of Standards,简称NBS)研究小组①成为了世界上最早观察到此现象的两个小组之一㊂其实验方案是使钠原子束垂直通过一维偏振激光驻波场,沿驻波场轴线进入直流磁场,用一维CCD照相机探测原子束荧光空间分布②㊂当调谐激光频率对原子共振的失谐量时,观察到了激光对原子束横向一线冷却和加热现象㊂在论文中王育竹总结了其研究工作:(1)该项研究是利用迟滞偶极力对原子束进行的一维准直实验研究;(2)获得了原子横向速度从50cm/s降低到15cm/s的结果,这相当于有效横向温度从350降低到33μk;(3)原子束的良好准直可以通过具有较大正偏谐的强驻波场来实现;(4)从原理上来说,使用一对垂直驻波场对原子束进行二维准直并不困难㊂[16]对于已取得的实验结果,王育竹最先投稿到‘物理评论快报“上,但评审专家认为文章理论与实验结果不符,因为当时国际上仅有两能级原子的冷却理论,但它不能解释低于多普勒冷却极限温度的实验结果㊂王育竹自述曾想利用 交流斯塔克效应激光冷却气体原子 来解释实验结果,但最终由于信心不足而放弃㊂而在此时美国标准与技术局㊁斯坦福大学研究团队也早早注意到该现象,在朱棣文1989年发表的论文中就明确提出两能级原子的能级的冷却理论并不适用钠㊁钙等原子,在他的研究当中综合使用了计算机程序模拟㊁数值求解㊁实验等多重方法和证据证明了低于多普勒极限现象的存在,从论文结论来看,王育竹等虽然观察到了反常物理现象的存在,但论文最终落点在对实验方法的改进和实验结果的观察上,没有对冷却温度过低这一反常实验结果继续探究,更遑论突破原有理论框架;而朱棣文等人成功的关键在于大胆否定了原多普勒理论中的两个假设(即原子的两能级性质和光场具有纯极化状态的假设),通过大量精确实验的测量,以及多种理论分析手段,发展出了一套与最终实验结果相适应的理论体系,这是完成亚多普勒冷却体系(Sub-Doppler)中的关键一步[17 19]㊂411㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)①②1988年8月,美国国家标准局(NBS)更名为美国国家标准与技术研究院(National Institute of Stand-ards and Technology,简称 NIST )㊂CCD即Charge coupled Device,中文全称 电荷耦合元件,是一种半导体器件,能够把光学影像转化为数字信号㊂四 站在国际学术舞台上在激光冷却气体原子的研究过程中,王育竹及上海光机所的研究工作受到了不少国际同行的关注,他多次代表上海光机所在国际激光光谱会议㊁国际量子电子会议(IQEC)(图4)①㊁国际量子学与激光科学会议(QELS)作学术报告,他被推选担任国际激光光谱会议指导委员会成员㊁1992年国际量子电子学会议(EQEC)的共主席,国际第十三次原子物理会议顾问(图4)②㊁国际物理联盟(IUPUP)量子电子专业委员会成员㊁德国马普学量子光学国际顾问委员会成员等多个重要学术职务㊂1999年他还成功当选了瑞典皇家工程科学院外籍院士和国际理论物理中心高级合作成员㊂图4.部分王育竹参与国际学术交流材料图1989 1990年间,王育竹受李政道先生邀请成为新成立的中国高等科学技术中心(CCAST)特别委员,他利用CCAST 的优越实验条件开展研究并获得中心的经费资助㊂但在1989年7月24日,王育竹收到到来自李政道先生的来信,来511钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①②IQEC 邀请函,1994年5月10日,原件由王育竹院士办公室提供㊂王育竹当选国际原子物理会议顾问书面通知书,1994年3月17日,原件由王育竹院士办公室提供㊂信称: 中心因受意大利政府对中国政府的制裁影响,所有新批示资金全被冻结㊂ ①因此王育竹预想开展的激光冷却实验也就只能作罢㊂对于王育竹与国外科学家的交往情况,现任中国科学院量子光学重点实验室主任刘亮表示: 在我与王先生(指王育竹)的长期交往当中发现王先生的工作得到了国外科学家的普遍尊敬,比如提出交流斯塔克效应的新机制就得到了国外同行的普遍认可,在同国外科学家特别是美国㊁法国㊁德国科学家的学术对话中,王先生能够十分自如㊁从容地介绍自己的工作,他们之间的交流基本都是平等愉快的㊂ ②1994年7月4日王育竹参加了澳大利亚举办的第六届亚太物理会议,参加会议的主要国家和地区包括美国㊁日本㊁新加坡㊁韩国,中国台湾地区㊁中国香港等,大会提交了600多篇论文,各类分会场口头报告达400多场,其中王育竹受邀在大会上作题为 原子光学中的激光冷却和准直原子束 的主题报告,参会学者中还有不少介绍了本国(或地区)量子光学研究发展情况㊂在这一次与国外量子光学领域学者的直接对话中,王育竹深深感受到了亚太地区与美国㊁法国等量子光学领域强国的差距,据王育竹回忆: 亚太地区在量子光学和原子光学的研究水平远不及美国㊁法国,但亚太地区从事中国领域研究的人在增多,研究工作涉及的面很广,其中日本㊁澳大利亚㊁中国的水平较高㊂ ③会议结束后王育竹还访问了澳大利亚昆士兰大学㊁澳大利亚国立大学㊁堪培拉大学等几所大学的物理系㊁信息科学系,并同澳大利亚的几位著名物理学家建立了友好联系㊂结束访问后,王育竹在归国报告中写到: 我国在量子光学和原子光学的研究早已开展,但进展缓慢㊂量子光学研究多为理论计算和理论分析,而这些理论工作都远离实际工作,也远离国际的发展前沿 激光控制原子运动的研究仅在上海光机所和北京大学进行㊂上海光机所已工作十年,在激光偏转原子束㊁亚泊松光子统计验证㊁原子束一维冷却做出了一些有意义的工作 而不能进行三维冷却工作㊂ ④这也从侧面证实了正是在高水平的国际学术交流中,王育竹认识到了20世纪80 90年代间中国激光冷却原子研究工作遇到的瓶颈 很多研究工作只能停留在理论计算㊁分析上,而理论推导㊁计算又与实验工作严①②③④原文为 as you may know,CCAST-World Laboratory funding originates from the Italian Government.Since the end of last month,economic sanctions have been imposed by Italy against China.As a result,the funds for all new CCAST appointments have been frozen ㊂魏荣研究员访谈刘亮研究员,2023年4月14日,上海光机所㊂王育竹参加第六届亚太物理会议纪要,1994年8月20日,内部资料㊂王育竹访问澳大利亚几所大学报告,1994年8月20日,内部资料㊂。
激光学基础知识、X线摄影基础【考点总结+精选习题】
激光学基础知识、X线摄影基础【考点总结+精选习题】一、激光的产生1、1916年爱因斯坦提出的“自发和受激辐射〃理论是现代激光理论的物理学基础。
（一）受激吸收和光辐射1、受激吸收（激发或电离）：原子吸收一个光子而从低能级跃迁到高能级的过程。
2、受激吸收的特点：（1）不是自发产生的，必须有外来光子的"激发"；（2）外来光子的能量应等于原子激发前后两个能级间的能量差；（3）受激吸收对激发光子的振动方向、传播方向和位相没有任何限制。
3、自发辐射：在没有任何外界影响的情况下，高能态EH的原子会自发地跃迁到基态或者较低激发态E L,因为这种跃迁是不受外界影响而自发进行的，称为自发跃迁，如果跃迁时释放的能量是以光辐射的形式放出的，则这个过程叫做自发辐射。
4、受激辐射：处于高能级EH的原子在自发辐射之前，受到一个能量为hv=E H-EL的光子的“诱发〃后可释放出一个与诱发光子特征完全相同的光子而跃迁到低能级E L,这个过程称为受激辐射。
持续的受激辐射形成的光束就叫做激光。
5、受激辐射的特点：①它不是自发产生的，必须有外来光子的"刺激"才能发生，外来光子的能量或频率必须满足hv=E H-E L；②辐射出的光子与诱发光子特征完全相同；③与受激吸收不同，受激辐射中的被激原子并不吸收诱发光子的能量。
6、受激辐射光放大不是自然的，自然界没有哪种物质能够自然地发出激光来，只有人为地创造条件，才能得到激光。
（二）激光的产生1、激光器的构成：工作物质、激发装置、光学谐振腔2、工作物质：激光器中能产生激光的物质称为工作物质。
3、激发装置:作用是把处于低能级上的原子激发到高能级上去，使工作物质实现粒子反转。
4、光学谐振腔：作用是①产生和维持光放大；②选择输出光的方向；③选择输出光的波长。
5、谐振腔能起选频作用，使激光的单色性更好。
（三）激光器的分类1.应用于医学领域的激光器一般可按工作物质形态（固体、液体、气体、半导体等）、发光粒子（原子、分子、离子、准分子等）、输出方式（连续、脉冲）等进行分类。
冷原子束生成方法、冷原子束生成装置、原子干涉仪[发明专利]
![冷原子束生成方法、冷原子束生成装置、原子干涉仪[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a7e6aae6f12d2af90342e604.png)
专利名称：冷原子束生成方法、冷原子束生成装置、原子干涉仪
专利类型：发明专利
发明人：井上辽太郎,上妻干旺,田中敦史
申请号：CN201980037765.3
申请日：20190606
公开号：CN112236833A
公开日：
20210115
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：提供一种冷原子束生成技术，使冷原子束在与推送激光的行进方向不同的方向上行进。
利用推送激光，从被束缚在空间中的原子生成冷原子束。
接着，利用二维磁光阱机构中的四极磁场的零磁场线、或移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向，偏转冷原子束。
申请人：日本航空电子工业株式会社,国立大学法人东京工业大学
地址：日本东京都
国籍：JP
代理机构：北京市柳沈律师事务所
代理人：金兰
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中性分子
部分长链有机物大分子由于共轭作用的原因，只有抗磁性，而还具有导电性，是一种特殊的中性分子。
的激光聚焦与静电导引
聚焦空心光束
激光冷却
极性冷分子的静电 表面导引
激光冷却的基本条件是：(1)必须存在一个简单的多能级系统(如二能级或三能；(3)这一跃迁循环过程必须是耗散的，并且是可以多次重复 的。由于中性原子在共振或近共振光场中较为稳定，而且能级简单，采用一个或两个激光束就能满足上述激光冷 却条件，在大量的跃迁循环过程中实现光子与原子间动量的有效交换，从而导致原子运动速度的降低(原子温度冷 却)，原子冷却温度已达约0.5nK。
由2π位相板产生的聚焦空心光束在焦点附近有很大的强度梯度，在这种蓝失谐聚焦空心光束中产生的 Sisyphus冷却效果会更明显，这种光束还可以研究冷原子的绝热压缩和绝热膨胀效应；在焦平面上，聚焦空心光 束的DSS越小，光学势越大，对应的最佳失谐量d越大，越有利于形成原子透镜。因为这不仅容易得到较高分辨率 的原子透镜，而且还可以减少聚焦空心光束中原子的自发辐射和光子散射效应。分子在焦点附近受到很大的光学 势，光场偶极力也远大于分子所受的重力。当分子的平动温度比较低时，在聚焦空心光束中可以实现对冷分子的 光学导引、聚焦、囚禁与操控，甚至构成分子透镜。
感谢观看
中性分子
不显磁性电性的分子
01 概念
目录
02
的激光聚焦与静电导 引
中性分子是指不显磁性电性的分子。分子四周的电子有的绕单个原子核公转，有的同时绕分子中所有核转 （共轭现象）。电子是一个负电荷，其自旋和绕核公转都会根据右手定则产生相应方向的洛伦兹力（微观磁力）。 当分子中的每个核，其环绕电子自旋产生磁场刚好互相抵消时。若环绕整个分子的电子自旋产生电磁场亦刚好抵 消时（即分子中不带极性键或极性键刚好对称而互相抵消），这个分子就不显磁性电性。中性分子组成的材料常 用作绝缘材料。
分子束简介介绍
汇报人： 日期:
目录
• 分子束概述 • 分子束技术 • 分子束应用 • 分子束研究前沿 • 总结与展望
01
分子束概述
Chapter
分子束定义
分子束概念
分子束是由单个分子组成的一束 聚集在一起形成的细长、平行的 分子流动。
形成方式
通常通过在高温下蒸发气体，然 后通过特定的喷嘴或狭缝，使气 体分子形成这种束状流动。
分子束激光技术
• 分子束激光技术是一种利用分子束与激光相 互作用产生特定光谱线的技术。通过测量这 些光谱线的强度、频率等参数，可以获得分 子能级结构、分子间相互作用等信息。分子 束激光技术在气体检测、环境监测、化学分 析等领域有着重要应用。
分子束成像技术
• 分子束成像技术是一种利用分子束在空间中形 成的图像进行分析的技术。该技术通过探测分 子束在空间中的分布，可以获得分子的速度分 布、角度分布等信息。这些信息可以用于研究 分子的碰撞、反应等过程。分子束成像技术在 化学反应动力学、气体流动研究等领域有着广 泛应用。
03
分子束应用
Chapter
分子束应用
• 分子束是一种具有特殊性质的气体分子集体行为的现象，其分子之间相互作用较弱，可以类似于单个分 子的行为进行研究。分子束技术是一种基于分子束现象的研究手段，具有高分辨率、高灵敏度、高选择 性等特点，被广泛应用于材料科学、生物医学、环境科学等领域。
04
分子束研究前沿
高度平行：分子束中的分子流动轨迹几 乎是平行的，这使得它具有很高的方向 性。
这些特点使得分子束在化学、物理、材 料科学等领域的研究和应用中具有很高 的价值。
可调性：通过调整喷嘴形状、尺寸、温 度和其他参数，可以精确控制分子束的 速度、密度和分布等性质。
激光产生基本原理之欧阳数创编
激光基来源根基理一、激光产生原理1、普通光源的发光——受激吸收和自发辐射普通罕见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。
激发的过程是一个“受激吸收”过程。
处在高能级（E2）的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。
辐射光子能量为hυ=E2E1这种辐射称为自发辐射。
原子的自发辐射过程完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自自力，互不关联，即所辐射的光在发射标的目的上是无规则的射向四面八方，另外未位相、偏振状态也各不相同。
由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个规模。
在通常热平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度N2，远比处于低能级的原子数密度低，这是因为处于能级E的原子数密度N的年夜小时随能级E的增加而指数减小，即N∝exp(E/kT)，这是著名的波耳兹曼散布规律。
于是在上、下两个能级上的原子数密度比为N2/N1∝exp{(E2E1)/kT}式中k为波耳兹曼常量，T为绝对温度。
因为E2>E1，所以N2《N1。
例如，已知氢原子基态能量为E1＝－13.6eV，第一激发态能量为E2=3.4eV，在20℃时，kT≈0.025eV，则N2/N1∝exp（－400）≈0可见，在20℃时，全部氢原子几乎都处于基态，要使原子发光，必须外界提供能量使原子达到激发态，所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。
一般说来，这种光源所辐射光的能量是不强的，加上向四面八方发射，更使能量分离了。
2、受激辐射和光的放年夜由量子理论知识知道，一个能级对应电子的一个能量状态。
电子能量由主量子数n(n=1,2,…)决定。
可是实际描写原子中电子运动状态，除能量外，还有轨道角动量L和自旋角动量s，它们都是量子化的，由相应的量子数来描述。
2023届宝鸡市高三教学质量第二次检测物理高频考点试题(强化版)
2023届宝鸡市高三教学质量第二次检测物理高频考点试题（强化版）一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。
我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。
通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率，原线圈的电压保持不变，输电线路的总电阻不变。
使用特高压输电，当副线圈与原线圈的匝数比提高为原来的倍，则提升匝数比前后线路损耗的电功率之比和电压损失之比分别为（ ）A．，B．，C．，D．，第(2)题激光冷却中性原子的原理如图所示，质量为m、速度为的原子连续吸收多个迎面射来的频率为的光子后，速度减小。
不考虑原子质量的变化，光速为c。
下列说法正确的是（ ）A．激光冷却利用了光的波动性B．原子吸收第一个光子后速度的变化量为C．原子每吸收一个光子后速度的变化量不同D．原子吸收个光子后速度减小到原来的一半第(3)题1918年卢瑟福任卡文迪许实验室主任时，用粒子轰击氮原子核，注意到在使用粒子轰击氮气时他的闪光探测器记录到氢核的迹象，从而发现了质子，若该反应方程为：，则A和Z分别为A．16、8B．17、8C．16、9D．17、9第(4)题如图所示电路，电源内阻为r，两相同灯泡电阻均为R，D为理想二极管（具有单向导电性），电表均为理想电表。
闭合S后，一带电油滴恰好在平行板电容器中央静止不动。
现把滑动变阻器滑片向上滑动，电压表示数变化量绝对值分别为，电流表示数变化量为，则下列说法中错误的是（ ）A．两灯泡逐渐变亮B．油滴将向下运动C．D．第(5)题静止的钚-238在磁场中衰变产生的粒子和新核在磁场中运动的轨迹如题图所示，则（ ）A．a为粒子轨迹B．b为粒子轨迹C．新核和衰变粒子圆周运动方向相反D．新核和衰变粒子动量相同第(6)题在光滑的水平面内有一沿x轴的静电场，其电势φ随x变化的φ－x图像如图所示。
一种低速、连续、单色性好的冷原子束
一种低速、连续、单色性好的冷原子束朱常兴;冯焱颖;薛洪波;周永佳;叶雄英;周兆英;闫树斌;王晓佳【期刊名称】《量子光学学报》【年(卷),期】2009(15)1【摘要】本文提出一种利用磁光阱冷却捕获技术制备低速、连续、单色性好原子束的方法及技术。
采用3维磁光阱从背景Rb蒸汽中捕获Rb87原子进行冷却、捕获形成原子云团,利用在纵向方向上结构设计的小孔将冷原子云团推出形成冷原子束,并在原子束行进方向上采用2维光学黏胶对原子束进行准直,采用态制备激光对其进行态制备,全部制备到Rb87原子的基态能级|F=1>上,从而为原子惯性技术(原子干涉仪、原子重力仪、原子加速度计)、原子频标(原子钟)提供低速、连续、单色性好的原子束。
文章对于制备技术的实验系统及实验结果进行了详细的阐述。
【总页数】5页(P44-48)【关键词】原子束;磁光阱;态制备【作者】朱常兴;冯焱颖;薛洪波;周永佳;叶雄英;周兆英;闫树斌;王晓佳【作者单位】精密测试技术及仪器国家重点实验室,清华大学精密仪器与机械学系,北京100084;中国地质大学信息工程学院,北京100084;中北大学电子与计算机科学技术学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】O431【相关文献】1.效率高、故障少、服务好中联砂浆车喜获客户赞扬/三一连续墙抓斗征服全国最深连续墙工程/山东德工DGL400型路面冷再生机和PSJ400型路面破碎机通过省级鉴定 [J],2.连续冷原子束干涉陀螺仪研究进展 [J], 王安琪;孟至欣;李营营;薛洪波;冯焱颖3.一种实现冷原子束聚集的微磁透镜新方案 [J], 许忻平;张海潮;王育竹4.一种冷态金属件表面射流连续除鳞系统 [J], 宝山钢铁股份有限公司规划与科技部5.一种冷态金属件表面射流连续除鳞系统 [J], 无因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
2024届吉林省长春市高三下学期质量监测理综能力测试全真演练物理试题(四)(基础必刷)
2024届吉林省长春市高三下学期质量监测理综能力测试全真演练物理试题（四）（基础必刷）学校：_______ 班级：__________姓名：_______ 考号：__________（满分：100分时间：75分钟）总分栏题号一二三四五六七总分得分评卷人得分一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题雾霾天气是一种大气污染状态，霾粒子的分布比较均匀，而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在1~2微米左右，肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。
从物理学的角度认识雾霾，下列说法正确的是（）A．雾霾天气中霾粒子的运动是布朗运动B．霾粒子的运动是分子的运动C．霾粒子的扩散形成霾D．霾粒子的运动与温度无关第(2)题沪通长江大桥是世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥．如图所示，设桥体中三块相同的钢箱梁1、2、3受到钢索拉力的方向相同，相邻钢箱梁间的作用力均沿水平方向．则A．钢箱梁1对2的作用力大于钢箱梁2对1的作用力B．钢箱梁1、2间作用力大于钢箱梁2、3间作用力C．钢箱梁3所受合力最大D．三块钢箱梁受到钢索的拉力大小相等第(3)题如图甲所示电路中，a、b两端接有如图乙所示正弦交流电源，在原线圈前串接一电阻R0=40 Ω的保险丝，副线圈串联有一电流表和定值电阻，理想电流表示数为2 A，定值电阻R的阻值也为40 Ω，则理想变压器原、副线圈匝数比为（ ）A．2∶1B．1∶1C．4∶1D．5∶2第(4)题激光冷却中性原子的原理如图所示，质量为m、速度为的原子连续吸收多个迎面射来的频率为的光子后，速度减小。
不考虑原子质量的变化，光速为c。
下列说法正确的是（ ）A．激光冷却利用了光的波动性B．原子吸收第一个光子后速度的变化量为C．原子每吸收一个光子后速度的变化量不同D．原子吸收个光子后速度减小到原来的一半第(5)题随着社会发展，人民生活水平的提高，电能在工业、农业、国防、科研和人民生活中，以及在国民经济的其他各个部门中，将愈来愈广泛的应用，它即能大大地提高劳动生产率，改善劳动条件，又能提高人们的物质生活和文化生活水平。
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中性分子的激光导引及其连续冷分子束的产生
【摘要】：冷分子在分子光谱、精密测量、分子冷碰撞及冷化学等方面有着非常重要的应用。
近十多年来,冷分子的产生及其相关研究吸引了众多的眼球。
本文围绕中性分子的激光导引及其连续冷分子束的产生开展理论方案的研究和探索。
我们提出了利用空心光子晶体光纤中红失谐的高斯模式导引中性分子的方案。
我们基于一个经典模型理论计算了分子的直导引效率和弯曲导引效率,并利用Monte-Carlo方法数值模拟了分子导引的动力学过程,研究了分子的导引效率、导引后分子束的横向和纵向速度分布等。
模拟结果与理论计算值吻合得很好。
当激光功率为2kW时,I2分子的直导引效率约为24.6%；当激光功率为200W且光纤的曲率半径为0.2cm时,I2分子的弯曲导引效率约为1.2%,并获得了连续的冷分子束。
我们提出了利用空芯光纤中红失谐的HE11模S型弯曲导引中性分子束的方案,计算了空芯光纤中I2分子的光学势,并通过数值模拟研究了分子导引效率、导引后分子束的横向和纵向温度与入射激光功率及光纤曲率半径的关系。
当入射激光功率为6KW、两弯曲部分的曲率半径为2cm、入射分子束的横向和纵向温度分别为0.5K和5K时,相应的分子导引效率为0-26%。
导引后分子束的横向和纵向温度分别为1.9mK和0.5K,出射分子束的束流为108-109s-。
我们提出了利用弯曲集成光纤束对中性分子进行全光型速度滤波的新方案,计算了I2分子在双色消逝波场中的光学势,并根据一个经典理论模型计算了分子的导引效率、导引后分子束的
横、纵向温度。
我们采用经典Monte-Carlo方法模拟了被导引分子的运动轨迹,研究了出射分子束的导引效率、横向和纵向速度和空间分布等。
当双色激光功率分别为10W(1064nm)和3.58W(266nm)、波导弯曲半径为R=0.2cm、入射碘分子束的横纵向温度分别为1K和5K 时,相应的导引效率为 4.1×10-7、导引后分子束的横纵向温度分别为0.29mK和57mK,出射分子束的束流为105-106s-1。
我们提出了采用四根平板波导实现分子束的U型弯曲导引及速度滤波的新方案,计算了四根平板波导空心区域的消逝波场分布及碘分子的光学势和总囚禁势,并数值研究了分子的导引效率、导引后分子束的横、纵向温度等。
当入射激光功率为200W,弯曲导引段的曲率半径为2cm时,出射分子束的横向和纵向温度分别为340μK和15.3mK,相应的束流为104-105s-1。
我们还提出了利用腔增强高斯光束导引中性分子的新方案。
当分子束入射方向与腔轴线之间存在一定的夹角时,可以实现对低速分子的速度滤波。
我们计算了腔内高斯光束的光场分布及碘分子的光学势,并利用Monte-Carlo方法数值研究了分子的导引效率、导引后分子束的横、纵向温度等。
当入射激光的功率为100W,入射束流与腔轴线之间夹角θ=60。
时,出射分子束的横向和纵向温度分别为4mK 和134mK,相应的束流为108～109s-1。
【关键词】：中性分子激光导引速度滤波Monte-Carlo模拟连续冷分子束导引效率横向温度纵向温度分子束流
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN249;O561
【目录】：论文摘要6-8ABSTRACT8-13第一章文献综述:中性分子的激光减速与冷却13-421.1引言131.2中性分子的冷却与减速13-341.3本文的研究工作34-36参考文献36-42第二章采用空心光子晶体光纤实现分子的激光导引42-582.1引言422.2导引方案、模式耦合及分子的光学势42-462.3导引效率的理论计算46-502.4MonteCarlo模拟50-542.5本章小结54-55参考文献55-58第三章采用空芯光纤实现分子的激光导引及其连续冷分子束的产生58-713.1引言583.2I_2分子的导引方案及其在空芯光纤中的光学势58-633.3MonteCarlo模拟63-673.4本章小结67-68参考文献68-71第四章采用S形单模光纤束构成的光学速度滤波器及连续冷分子束的产生71-904.1引言714.2导引方案及碘分子的总势能71-754.3导引效率的理论计算及导引后分子束的横、纵向温度75-794.4Monte-Carlo模拟79-814.5本方案与Balykin小组方案的比较81-864.6本章小结86-87参考文献87-90第五章采用四块平板波导实现分子速度滤波的理论研究90-1065.1引言90-915.2采用四块平板波导的导引方案915.3四块平板波导包围区域的消逝波场及碘分子的导引势91-985.4速度滤波的理论研究98-1005.5Monte-Carlo模拟及其结果100-1035.6本章小结103-104参
考文献104-106第六章采用腔增强红失谐高斯光束实现分子的激光导引106-1206.1引言1066.2腔增强红失谐高斯光束的导引方案106-1076.3光学腔增强理论107-1136.4腔增强分子导引的Monte-Carlo模拟113-1176.5本章小结117-118参考文献118-120第七章总结与展望120-1237.1本文研究工作总结120-1217.2本文的主要创新之处121-1227.3未来工作的展望122-123附录:博士研究生阶段发表与待发表论文目录123-124致谢124 本论文购买请联系页眉网站。