张平[1]2001年在《耦合量子点和玻色-爱因斯坦凝聚体的量子动力学》文中提出本论文系统研究了两类量子系统在耦合外场下的量子驱动隧穿动力学，一类是介观耦合量子点，另一类是弱相互作用稀薄气体原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。着重考察了这两类多粒子系统的量子动态局域化和量子纠缠行为。 第一章介绍了目前关于耦合量子点系统和多分量BEC系统的研究进展和本论文的主要结果。 第二章研究了耦合量子点中的两个相互作用电子在外部交流电场驱动下的动态局域化和量子纠缠。微扰分析和数值计算表明，尽管电子间的库仑排斥作用很强，但在一定的外场条件下，初始的两个电子在其随后的时间演化过程中仍可保持局域化。利用库仑相互作用和交流电场激发可使两个电子的空间自由度在时间演化中产生量子纠缠。我们还给出了一个描述耦合量子点系统含时输运的透射系数和电流表达式。 第叁章研究了耦合量子点中激子的量子相干控制动力学，给出了最大纠缠Bell态和GHZ态的产生时间表达式，并数值分析了线性排列的耦合量子点系统中GHZ态的产生过程。 第四章研究了耦合双分量BEC系统的量子动力学，考察了相干态描述和粒子数态描述下的量子坍缩和回复行为，发现两种描述下量子回复周期完全不同。 第五章研究了旋量-1BEC系统在含时外场作用下的自旋动态局域化现象，发现在一定的外场条件下，初始局域在自旋-0分量上的BEC仍可保持局域化的。进一步的计算表明，这种动态局域化现象几乎不受非线性自旋交换相互作用的影响。我们还分析了外部噪声对自旋动态局域化的影响，发现随着噪声强度的逐渐增加，动态局域化会被破坏掉。 第六章给出了本论文的总结和展望。
黄奕筱[2]2013年在《玻色爱因斯坦凝聚中的量子相干性和量子度量学的研究》文中指出玻色爱因斯坦凝聚是一种新的物质形态,它在大尺度上展现了量子特性。在玻色爱因斯坦凝聚提出后的几十年中,人们一直都没有发现类似于玻色爱因斯坦凝聚的现象。终于在20世纪90年代,人们在实验上实现了碱金属气体的玻色爱因斯坦凝聚。之后随着实验条件的不断提高和完善,玻色爱因斯坦凝聚越来越受到关注。本文主要讨论了双模玻色爱因斯坦凝聚和旋量玻色爱因斯坦凝聚,介绍了我们在玻色爱因斯坦凝聚中的量子度量和量子相干性等方面的工作。本文的主要内容如下：在第一章中首先回顾了玻色爱因斯坦凝聚的研究历史与背景,介绍了玻色爱因斯坦凝聚在实验中的实现、应用前景以及其对各个学科领域的贡献。在第二章中介绍了玻色爱因斯坦凝聚的一些基本理论,主要内容包括：稀薄气体中玻色爱因斯坦凝聚产生的条件,GP方程的具体推导,旋量玻色爱因斯坦凝聚的具体实现方法以及自旋为1的旋量玻色爱因斯坦凝聚的波函数。在第叁章中,我们利用费舍信息来探测经典分叉和约瑟夫森振荡到自囚禁动力学转变。我们利用具有经典分叉和约瑟夫森振荡到自囚禁的动力学转变的双模玻色爱因斯坦凝聚模型,演示了费舍信息的动力学行为。结果表明,费舍信息精确的刻画了系统的经典分叉和约瑟夫森振荡到自囚禁动力学转变。根据量子费舍信息在度量学中的物理意义,在给定一个初态后,我们发现对于束缚在双势阱中的玻色爱因斯坦凝聚模型的演化态对SU(2)转动的敏感度在不稳定区域接近于海森堡极限,而在稳定区域仅达到散粒噪声的水平。同样在约瑟夫森振荡区域,态的敏感度接近于海森堡极限,而在自囚禁区域仅达到标准量子极限(散粒噪声)。在第四章中,我们分别介绍了束缚在双阱中的玻色爱因斯坦凝聚系统在具有噪声和耗散情况下的量子相干性。我们首先研究了在没有退相干情况下的时间平均量子相干,发现其相干性在约瑟夫森振荡区域和自囚禁区域的边界达到最大值。后面讨论了在有环境耦合情况下的量子相干性,在不同的耦合方式下,系统的相干性展现出不同的动力学行为。并且发现在某些特殊情况下,系统和环境之间的耦合甚至可以提高系统的量子相干性。在第五章中,我们介绍了旋量玻色爱因斯坦凝聚中宏观的量子相干性。在单模近似的框架下,考虑原子束缚在一个不对称的势阱中,我们将一个自旋为1的Rb原子系统约化到一个双轴的量子磁体系统。根据束缚阱的几何形状,我们给出了该系统的基态结构。我们还研究了基态的量子相干性,发现当系统中有一个外磁场沿着hard轴时,能级劈裂随着外场的变化而出现周期振荡。我们给出了瞬子解的解析结果并且和数值结果非常吻合。最后我们提出了一种利用Landau-Zener隧穿的实验方案来探测能级劈裂的周期振荡行为。最后在第六章中,我们对本文的工作进行了总结和展望。
张进一[3]2013年在《量子气体在自旋轨道耦合下的实验研究》文中进行了进一步梳理该博士论文是在玻色爱因斯坦凝聚体的基础上,研究利用Raman耦合技术产生自旋轨道耦合的量子气体的独特行为。本文简单介绍了最近几年量子简并气体的实验进展,以及玻色爱因斯坦凝聚的基本理论。给出了人造规范势和自旋轨道耦合课题的起源以及基本理论和近期提出的一些理论方案。对于玻色爱因斯坦凝聚的实验装置,首先介绍了超高真空系统,该系统实现了10-11mbar的超高真空。其次,描述了激光冷却系统,包括二维和叁维磁光阱。然后,介绍了偶极光阱系统,我们用全光型的势阱做蒸发冷却实现玻色爱因斯坦凝聚。最后,给出凝聚体探测系统。我们研究基于Raman耦合技术产生自旋轨道耦合的冷原子气体独特的宏观量子行为。描述了在简谐势阱中自旋轨道耦合的玻色爱因斯坦凝聚的集体激发的震荡行为,并利用震荡振幅测得了自旋极化磁化率,揭示了自旋极化磁化率表征的量子相变；我们也研究了激发缀饰态的不稳定性,这主要来源于两个方面,即囚禁势阱和原子之间相互作用；我们还研究了有限温度下自旋轨道耦合玻色气体的相图,实验上首次揭示了有限温的自旋轨道耦合玻色气体的特性。
赵兴东[4]2007年在《光晶格中超冷原子系综的自旋波动力学》文中认为近年来,对由驻波激光场构成的冷原子微光学囚禁列阵(即原子光学晶格)的研究已成为冷原子物理和原子光学领域中的研究热点之一。光学晶格由于其不存在任何杂质和缺陷的特点,为我们搞清楚诸如量子微粒(如冷原子等)在势阱之间如何进行量子隧穿,噪声和耗散是如何影响原子在势阱之间的量子运输以及量子和经典之间的对应关系等问题提供了理想的物理环境。另一方面,光学晶格中的玻色一爱因斯坦凝聚体(BEC)为研究超冷原子的磁学性质和自旋相关动力学也提供了一种有效的研究工具,特别是光学晶格中的自旋波激发、控制和探测的研究将为BEC在量子计算与量子信息处理等方面的应用提供重要的指导。然而目前这一方面的研究仅仅处于开始阶段。有许多科学问题有待解决。例如,与凝聚态物理中磁性晶格的自旋链模型相比较,光晶格中由于光诱导的长程相互作用的存在,其自旋动力学特性展现出更加丰富多彩的物理内涵。本论文的中心目标就是研究光晶格中长程偶极—偶极相互作用对BEC自旋波的动力学调制不稳定性和内禀局域模的影响。论文的第一章简述了激光冷却原子技术和玻色—爱因斯坦凝聚的实现,同时介绍了光晶格的实现、性质以及光晶格中的旋量BEC的特性。由于光晶格原子自旋链和固体物理磁性系统中的自旋链的相似性,紧接着在第二章中,我们对固体物理磁性系统中铁磁自旋链中的自旋波的不稳定性和内禀局域模做了回顾,为我们所要做的研究工作做好铺垫。第叁章应用半经典的方法,从BEC原子自旋链模型出发,用Holstein-Primarkoff变换方法得到了描述光晶格中非线性自旋波动力学的哈密顿量,进而导出格点上相干自旋波激发的概率幅的运动方程。通过线性不稳定性分析,我们得到了自旋波动力学调制不稳定性的一般判据以及其对原子自旋的长程耦合的依赖关系。研究了长程相互作用对非线性相干自旋波调制不稳定性的影响。第四章应用经典的处理方法,对BEC原子自旋链中的内禀局域模进行了研究。数值分析了内禀局域模的性质以及其和长程耦合相互作用的关系。再一次展现了长程相互作用在确定光晶格中自旋动力学方面的不可忽视的角色。同时也表明由于光晶格中原子之间长程偶极相互作用的存在,光晶格超冷原子系综为研究格点系统中更为丰富自旋耦合动力学特性提供了一个理想的工具,也为超冷原子向量子信息科学与凝聚态物理交叉领域的发展提供了广阔的前景。本论文研究属于凝聚态物理,理论物理,原子分子物理,多体物理,量子光学与量子信息的交叉学科。
邓艳[5]2013年在《玻色—爱因斯坦凝聚系统中的混沌冲击波和涡旋》文中认为自从玻色-爱因斯坦凝聚现象在稀薄原子气体中实现以来,这个领域的相关研究引起了人们广泛的关注。玻色-爱因斯坦凝聚具有非常奇特的性质,不仅为量子理论的研究提供了一个可靠的宏观量子系统,而且在原子激光、量子计算、精密测量等领域有着非常光明的应用前景。近几十年来,玻色-爱因斯坦凝聚的理论和实验研究都取得了非常大的进展,关于玻色-爱因斯坦凝聚系统中的许多非线性结构在很多理论预测和实验实现上都进行了广泛的研究,比如暗孤子、亮孤子、塌缩波、涡旋、冲击波等等,这些都成为了研究的热点。本文以平均场理论框架下的Gross-Pitaevskii方程为主要模型,利用理论分析和数值模拟相结合的方法,探讨了不同外势中一维开放和二维玻色-爱因斯坦凝聚系统中冲击波和涡旋的动力学行为,得到了系统在一定参数条件下的精确解,并提出了抑制凝聚原子混沌运动,以及产生和控制涡旋运动的方法,得到了一些有意义的结论。全文共分为六章。第一章为绪论部分,简要介绍了玻色-爱因斯坦凝聚的实验实现和相关概念,以及描述玻色-爱因斯坦凝聚体的平均场理论和Gross-Pitaevskii方程。从平均场理论出发,研究了玻色-爱因斯坦凝聚系统中混沌冲击波和涡旋的动力学特征。最后简要介绍了玻色-爱因斯坦凝聚的应用前景及其研究意义。第二章,我们考虑非平衡热云对凝聚原子的补充效应,研究时间周期驱动的反谐振子势中一维开放和吸引的玻色-爱因斯坦凝聚系统。利用直接微扰法和定态Gross-Pitaevskii方程的精确冲击波解得到了系统的混沌微扰解和参数空间的Melnikov同宿混沌区域。基于解析分析和数值模拟的方法研究了补充强度对系统混沌运动的影响,发现调节补充强度可以抑制混沌的出现。对于固定边界的“不传播”冲击波,凝聚原子数随着补充强度的增加而快速地增加；而对于固定波前密度的亚稳态自由边界的冲击波,随着补充强度的增加,凝聚原子数非周期振荡地衰减。第叁章,我们研究了时间周期驱动的二维简谐势或反谐势中玻色-爱因斯坦凝聚系统中的相位效应,得到了含时Gross-Pitaevskii方程描述冲击波行为的形式精确解。我们利用数值方法研究了原子密度的分布。发现当相位可分离变量时,原子密度呈圆对称分布,而当相位不可分离变量时,原子密度呈轴对称分布,从而发现了一种新的效应——趋轴效应。通过解析和数值的分析,发现混沌可以抑制解的逃逸,以及玻色爱因斯坦凝聚体的塌缩和爆破。我们的结果也为控制二维玻色-爱因斯坦凝聚体的方向输运提供了可行的方法。第四章,我们研究了周期驱动的二维光学晶格中玻色-爱因斯坦凝聚系统中涡旋的动力学行为,得到了一定参数区域下Gross-Pitaevskii方程精确的Floquet解,这个参数区域可以分为相跳变区域和相连续区域。当参数取在相跳变区域中,这个精确解可以描述多涡旋的时空演化。研究发现当驱动强度和光格高度比值较小时,随着时间的演化涡旋基本保持不动,呈均匀分布。随着该比值的增加,在等效力的作用下涡旋沿着一些固定的圆形轨道周期地靠近和分离,形成涡旋偶极子和涡旋四极子。当该比值超过某一临界值时,涡旋周期性地出现和消失。当参数取在相连续区域中,精确Floquet态中的凝聚体周期地演化,但没有零密度点和涡旋特征。最后我们数值地研究了不同区域中该精确解的稳定性,发现在相跳变区域的大部分区间在小的初始微扰下该解都是稳定的,但是小的参数微扰会导致该解稳定性的失去。在相跳变区域的一个小的子区域,该解是不稳定的。然而,在相连续区域不管是小的初始微扰或小的参数微扰该解始终是保持稳定的,即此时该解是结构稳定的。我们的结果为产生和控制涡旋的运动提供了一种有效的方法。第五章,我们研究了二维简谐振子势中相互作用与空间相关或无关的玻色-爱因斯坦凝聚系统中涡旋的动力学行为。发现通过设计不同的激光控制势可以得到不同形式的涡旋解,并研究了定态涡旋解和非定态涡旋解的分布以及涡旋核的运动轨道。对于精确的定态涡旋,其涡旋核都保持静止。然而,对于精确的非定态涡旋,我们发现其中有稳定的涡旋团簇,也有不稳定的涡旋团簇。当涡旋都沿着某一封闭的轨道周期性地运动,这意味着该涡旋团簇是稳定的。而对于不稳定的涡旋团簇,随着时间的演化,涡旋会周期性地出现和消失,或是运动到无穷远处,这意味着涡旋团簇是不稳定的。我们的结果为产生不同的涡旋结构提供了有效的方法。第六章,对本文的工作进行了总结与归纳,并对玻色-爱因斯坦凝聚体系统这一研究领域的发展前景作了简要的展望。
王冠芳[6]2007年在《玻色—爱因斯坦凝聚体系的自囚禁与宏观量子遂穿》文中认为在平均场方法和单模近似下，研究了玻色—爱因斯坦凝聚体系的自囚禁与宏观量子遂穿问题。发现在外场作用下体系出现许多有趣的现象。用数值分析和解析推导的方法，对这些现象给出合理的解释。首先，用最简单的二组分模型彻底研究了对称双势阱中两个弱耦合玻色—爱因斯坦凝聚体系的自囚禁现象。用相平面分析的方法，根据相对相位行为的不同，把自囚禁分为两种类型：振荡相位型和跑相位型。给体系的能级差加上一个周期调制，我们发现自囚禁可以被控制，也就是说，体系向自囚禁转变的跃变参数可以被周期调制有效地调节。对高频和低频调制，给出了这个转变参数与周期调制参数之间的解析关系。对中等频率的调制，我们发现周期调制与非线性Rabi振荡之间的共振强烈地影响着遂穿动力学，导致许多奇怪的现象。讨论了多体量子涨落对自囚禁的影响和我们的发现在实验上可能的实现。然后，为了把我们的研究推广到人们更感兴趣的多组分体系，我们全面分析了非线性叁能级体系的朗道—齐纳遂穿问题。在一个线性扫描外场的作用下，发现：当外场扫描得非常缓慢时(即绝热条件)，即使非线性参数非常小，能级同线性情况保持同样的拓扑结构，体系也会出现非零遂穿率。特别地，遂穿非常得奇异，它表现出对外场扫描率的奇怪的敏感性。对非常快的扫描外场，我们用稳相近似给出遂穿率的解析表达式，并指出当非线性的“内部场”与扫描外场发生共振时，非线性将强烈地影响遂穿率。我们还讨论了非线性引起的遂穿率的不对称性。揭示了这些现象背后的物理，给出我们的模型在叁势阱玻色—爱因斯坦凝聚体系中可能的应用。实际的多组分体系可由有内部自由度的自旋玻色子凝聚体系构成，这已经被实验观察到了。为了与实验对比并为实验提供更好的理论方案，我们紧接着用叁能级模型的思想，研究了自旋-1玻色—爱因斯坦凝聚体系的遂穿问题。我们集中讨论线性扫描外磁场中两种典型的碱金属玻色子~(87)Rb和~(23)Na原子凝聚体，根据不同的外磁场扫描率研究它们的遂穿动力学。在慢扫描(即绝热条件)和快扫描条件下，没有遂穿现象发生。在中等扫描率条件下，遂穿动力学对磁场扫描率非常敏感，表现出看似混沌的遂穿区。然而，把这个区域放大，我们发现图线变得可解，在磁场扫描率的精度为10~(-4)G／s的量级上，遂穿率随扫描率的变化图变成有规律的类周期结构。此外，一个在实验上代表磁化率的守恒量强烈地影响着上面这些自旋遂穿图像。对这些发现，我们从理论上给出合理的解释。希望我们的研究能引起关于自旋遂穿的实验上的更多关注。进一步地，把上面的思想推广到五组分体系，我们给出自旋-2的玻色子凝聚体系的自旋遂穿模型。
崔博[7]2014年在《玻色—爱因斯坦凝聚体耗散动力学的理论研究》文中研究说明从量子力学诞生至今,对于量子开放系统的研究从未间断。这些研究涉及到量子信息、量子光学、原子分子物理、凝聚态物理等各个物理学分支。尤其是近些年来,对于精确模型和操控量子开放系统的研究热情与日俱增。这些研究工作包括,利用随机过程实现重要的量子态、达到量子极限精度等方面的各种理论提案和实验技术。这篇论文的主要研究对象是玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)系统。这类系统包含着大量复杂的量子效应和物理规律,而且很容易受到环境的影响,发生量子退相干。耗散效应是发生量子退相干的原因之一,描述被研究系统中的粒子流入周围环境的过程。本篇论文就是围绕着耗散效应对几种不同类型的BEC系统动力学性质的影响而展开的。本文分别讨论了粒子数耗散下的原子-分子转化系统、粒子数耗散对双势阱BEC动力学的影响、距离选择型耗散对受驱动光晶格中BEC动力学的影响、双势阱BEC系统中依赖时间的宏观量子自捕获效应。全文共分六章,其中第叁章到第六章是我们的主要研究工作,整篇论文的具体内容安排如下：第一章和第二章介绍了论文的研究背景和研究意义以及与本文研究课题密切相关的基本概念。分别回顾了量子开放系统和玻色-爱因斯坦凝聚系统这两类系统的研究历史。详细介绍了平均场近似和双模近似、Gross-Pitaevskii方程、约瑟夫森效应和约瑟夫森模型等模型和近似。第叁章研究了粒子数耗散情况下原子分子BEC转化系统的动力学性质。在平均场近似下,我们计算了系统相空间中稳定点位置和类型随时问的变化情况,将系统的参数空间划分成不同的区域。每个区域具有对应的动力学性质和特征,系统在耗散过程中动力学性质的变化表现为不同区域间的转换。第四章研究了粒子数耗散对双势阱BEC系统动力学的影响。在平均场近似下,我们计算了系统相空间中的稳定点,发现稳定点的类型会在耗散效应作用下发生变化,由椭圆类型变为吸引子或排斥子。这种变化体现了系统的亚稳定性质。第五章研究了受驱动光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体的耗散动力学。利用平均场近似和数值模拟方法,我们发现距离选择型耗散可以使凝聚体在光晶格中局域性的传播。在双格点即双势阱模型下,系统中的稳态可以被解析的表示出来。第六章讨论了双势阱BEC系统中依赖于时间的量子自捕获效应。利用这种自捕获效应可以将系统捕获到其自身有效哈密顿量的瞬时本征态上。通过调整原子间相互作用强度或外磁场参数,可以有效的控制势阱之间的原子布局数差。最后,我们给出了本文的总结和展望。
郭俊杰[8]2010年在《原子—分子玻色—爱因斯坦凝聚系统的量子动力学研究》文中研究指明随着稀薄碱金属原子气体中玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein Condensation,缩写为BEC)现象的实现,原子-分子玻色-爱因斯坦凝聚系统已经引起了人们的极大兴趣。通过磁场Feshbach共振技术,人们可以有效调节原子间的相互作用从而达到操控该系统的目的;特别地,在共振磁场附近,系统会呈现出丰富的物理性质。在理论研究方面,已有的工作大多只考虑了初态处于福克态时系统的动力学行为,对相干态系统的关注不够。本论文将采用量子方法和相空间的准几率分布函数-Q函数来研究一个二分量玻色原子-分子玻色-爱因斯坦凝聚体系统当初态处于福克态和相干态时的演化行为。本篇论文的内容分为两章。第一章主要介绍了BEC的基础内容、实现BEC的相关技术、Gross-Pitaevskii方程(简称G-P方程)以及已有的一些重要的理论工作。第二章是对一个二分量玻色原子-分子玻色-爱因斯坦凝聚体系统动力学性质的研究。我们首先将描述系统的哈密顿量直接数值对角化,然后借鉴前人关于激光与冷原子相互作用系统的研究成果,利用相空间的准几率分布函数-Q函数分别研究了初态处于福克态和相干态两种情况下系统的演化行为,比较了二者的差别,并探讨了粒子间非线性相互作用对系统演化的影响。此外我们还讨论了系统中原子-分子转化效率的问题。由于粒子间的非线性相互作用可通过外场调节,所以该研究除了可以加深对原子-分子玻色-爱因斯坦凝聚体系统中非线性现象的理解外,还可以为操控该系统及其在精密测量上的应用提供有用的信息。
张欣宇[9]2018年在《光学腔内超冷费米气体极子谱的研究》文中研究说明超冷原子量子气体是当前原子分子和光物理领域的重要研究方向。其中,玻色原子服从玻色-爱因斯坦量子统计规律,在低温下可发生相变,形成玻色爱因斯坦凝聚;费米原子气体服从费米-狄拉克统计,在低温下可形成费米量子简并。近二十年来,实验上利用Feshbach共振技术,原子间的散射强度实现了从零到趋于无穷大的连续调控,从而使得可控相互作用的量子气体成为当前研究的热点。特别是在幺正费米气体中,s波散射长度趋于无穷大,原子间距成为长度的唯一标度,气体表现出了普适的特性,这对于研究原子的低温多体散射理论和新奇的多体相变等具有重要的意义。同时强相互作用的费米气体由于其在温度、原子间的相互作用强度以及外加俘获势等参量可控的性质,它还是研究高温超导、模拟夸克-胶子等离子以及多体动力学等理想的实验平台。另一方面,在量子光学中研究光与物质相互作用通常采用的是腔量子电动力学。通过减小光学或微波腔的模体积可以极大的增强光场和物质的耦合,使其大于物质和腔的耗散,实现强耦合,从而导致一系列新的量子效应,比如原子自发辐射反转、量子纠缠、非经典光场、单光子开关、量子存储和量子计算等。近十多年间,一个重要的研究领域是将超冷原子气体与腔量子电动力学相结合,这是一个新奇的量子多体系统。在这样低温的原子气体内,光场和原子物质场的量子效应都变得非常重要。此时的光场具有双重作用,首先,它调控原子间的相互作用,产生新的物相,反过来,它的动力学特性又会反馈于自己。其次,在光学性质如原子的吸收和色散的探测方面,输出光场可以作为一种无损的探测场。目前,实验上已实现了玻色爱因斯坦凝聚体(BEC)与腔QED的结合,研究内容涉及光学腔中超流气体的Dicke量子相变、原子在光学腔内自洽场中的自组织结构以及光力学等等。超冷费米原子气体由于其与BEC不同的量子统计规律和强相互作用的可控性,和腔QED相结合可以研究Fermi-Hubbard模型、发现任意子等新奇相变。尽管一些理论学家已经对这样的系统展开了研究,比如原子间的长程相互作用、系统的平衡相图和费米超辐射跃变等等,但超冷费米气体与腔QED的结合在实验上刚刚起步,因此具有广阔的研究前景。本论文的主要内容为研究光学腔和超冷费米原子的相耦合,具体包括:研制了高精细度的光学腔;利用Feshbach共振技术,实现了光学腔内~6Li费米原子的量子简并;研究了强相互作用下,光学腔和超冷费米原子的强耦合系统的Rabi分裂等动力学问题。主要的工作如下:1.搭建了~6Li费米原子简并气体精密控制的实验平台。系统包含MOT俘获激光系统、超高真空系统(10~(-11)托)、精确可控的Feshbach磁场系统、大功率远失谐偶极俘获系统(FORT)以及EM-CCD成像系统。首先采用磁光阱俘获大量的原子,利用二级冷却和光学再泵浦,将原子冷到接近多普勒冷却极限温度,然后装载到远失谐偶极阱中,利用Feshbach共振技术,进行蒸发冷却,最终将原子在自由空间中冷到了费米简并。2.研制了高精细度FP腔,完成了光学腔频率的精确锁定。实验中所用的光学腔均为腔长为7.5cm的FP对称共焦腔。系统包含两个腔,一个置于真空腔体中,用于囚禁原子,称作科学腔;另一个置于真空外,作为传递腔。频率链的锁定是首先将激光器频率锁定在科学腔上,保证激光和腔模的频率共振,然后再将科学腔长通过传递腔锁定,不仅可以保持腔长的稳定,还可以调节腔与原子的失谐。3.波包通过光学腔的动力学研究。主要研究了波包引起的腔场的窄带激发和准前驱激发。当入射波包的脉冲宽度大于光学腔的时域线宽时,透射谱跟随入射波包的时间演化。当入射波包是一个很短的脉冲,脉冲宽度小于光学腔的时域线宽时,这时腔场发生准前驱激发,透射谱的下降沿丢失了原来的信息,以e指数的形式衰减,时间常数由光学腔内光子的寿命决定。同时,透射谱峰值相对于入射谱峰值的延时并不是常数,而是与入射脉冲的宽度相关的。另外,我们还研究了方波脉冲的腔场激发,在反射谱中观测到了光学前驱尖峰。4.实现了费米简并气体和高精细度光学腔的结合。实验中最为关键的一步为将自由空间中的简并费米气体装载到FP腔形成的驻波势阱中。实验上采用的是绝热转移的方法:首先将原子制备在腔中心位置,当达到简并之后,缓慢地打开驻波势阱,将原子进行转移,等转移完成后,再绝热的将偶极势阱关掉。这样就成功的获得了费米简并气体和光学腔相耦合的系统。我们利用经典的真空拉比分裂的探测手段,测量了系统的缀饰态能级,研究了劈裂峰和原子密度的关系。此外,运用此套系统,还初步研究了光学腔内费米原子的超辐射现象。5.理论研究了内腔EIT原子系统的叁光子关联谱。操纵光子激发的本质是量子光学和光子学的基本任务之一。不断增长的量子应用需要一种强大的方法来控制光子和物质的强耦合相干相互作用。我们在理论上研究了强耦合腔极化子系统中的叁光子跃迁光谱,表明了可以对相关函数和传输光子流进行光学操作。我们已实现了超冷费米原子气体和光学腔的强耦合,研究了腔量子电动力学中重要的Rabi分裂,发现了其分裂不仅和原子的数目有关,还和其密度有关。我们还研究了费米超辐射现象,这些为将来实现光学腔内费米超流、费米-哈珀模型以及其他新奇的相变打下了重要的基础。
刘吉利[10]2012年在《玻色—爱因斯坦凝聚体的非线性量子隧穿》文中研究指明随着激光致冷和光俘获技术的发展,双阱中弱耦合的玻色-爱因斯坦凝聚在实验上已经能够实现,粒子间的相互作用强度也可以通过Feshbach共振技术大范围调控。在强相互作用区域,我们推导被囚禁在光晶格中无自旋冷原子系统的哈密顿量,该哈密顿量包括由近邻相互作用引起的单粒子隧穿项和对隧穿项,当原子间相互作用强度的减小,该哈密顿量约化为玻色-哈伯德模型的哈密顿量。在强相互作用区域,双阱的关联隧穿观测实验证实了非线性对隧穿项的存在,物理上它对应着原子成对向前或向后隧穿的动力学过程。考虑了近邻格点粒子问相互作用的玻色-哈伯德模型我们称之为拓展玻色-哈伯德模型。首先,在拓展玻色-哈伯德模型中,由对隧穿项引起的动力学态被推导出来,出现了原子布据数固定的绝缘态。根据二阶朗道相变理论,由简并和非简并表征的基态的相变也同时发生。对粒子数很小的系统来讲,粒子数效应非常明显所以必须被考虑,我们用瞬子的方法计算双阱系统的相干隧穿劈裂,发现偶数粒子的量子隧穿能够消除一个有限系统的基态简并,奇数粒子的量子隧穿则不能消除该系统的基态简并。该现象就是拓展玻色-哈伯德模型的粒子数奇偶效应。接着我们利用平均场近似,把拓展玻色-哈伯德模型继续简化得到拓展玻色-约瑟夫逊模型。该模型考虑了非线性量子隧穿,所以约瑟夫逊隧穿系数依赖于粒子间的相互作用强度和系统的粒子数。非线性对隧穿项导致了系统能谱的重要修正,引起了被看作量子相变的基态突变。在某一强相互作用区域,第一次看到相对相位可以调控的粒子数振荡态,它是一个二重简并的基态。我们分析系统二重简并的基态和非简并的基态之间的量子相变,发现它确是由对隧穿引起的,而且临界点的位置同双阱中拓展玻色-哈伯德模型结果比较,完全符合热力学近似。同时我们展示该相变的临界行为,利用保真度率计算临界指数和标度律。最后,我们理论性地研究拓展玻色-约瑟夫逊模型的隧穿动力学,主要就是研究非线性量子隧穿引起的动力学效应。和以前的玻色-约瑟夫逊模型相比,拓展玻色-约瑟夫逊模型包括由近邻相互作用引起的单粒子隧穿项和对隧穿项。单粒子的非线性隧穿修正了原来的隧穿项,等效的隧穿系数被平移,扩大了可调的范围。宏观粒子自俘获态相对相位的演化,除了原来的π相振荡和完全不确定的跑相(running phase)演化外,还出现了同相振荡。利用相图分析,我们得到各种自俘获态的能量条件和振荡范围。非线性的粒子对隧穿导致了的新的相干态,该相干态可以通过系统的参数来调节相对相位,被看作等效薛定谔猫态。我们重点研究该等效薛定谔猫态的产生条件,稳定性和绝热演化。等效薛定谔猫态具有最大的纠缠度,可以用于量子计算和量子信息的储存。
参考文献：
[1]. 耦合量子点和玻色-爱因斯坦凝聚体的量子动力学[D]. 张平. 中国工程物理研究院. 2001
[2]. 玻色爱因斯坦凝聚中的量子相干性和量子度量学的研究[D]. 黄奕筱. 浙江大学. 2013
[3]. 量子气体在自旋轨道耦合下的实验研究[D]. 张进一. 中国科学技术大学. 2013
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