光与超冷原子相互作用中的局域场效应

【摘要】光晶格是对原子分子操控的重要实验工具,在原子分子物理领域中有着广泛的应用。例如,在对凝聚态物理的量子模拟,量子非平衡动力学,物质波的衍射,分子束的减速,以及引力常数和精细结构常数的精密测量等研究中,光晶格都扮演着重要的角色。在这些研究中,光晶格势被认为是一个完美的周期势,也就是说相向传播的相干光场可以产生完美的干涉条纹,光场的传播不会受到原子气体的影响。然而,我们的理论研究表明,密度非均匀的超冷原子气体会因为其折射率的局域变化而影响光场的传播,从而使光晶格发生形变。我们称之为局域场效应(Localfieldeffect,LFE),并称这种形变的光晶格为“软”光晶格。在第一个工作中,我们研究了玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einsteincondensate,BEC)的非对称衍射现象,并提出由于光力学引起原子气体密度扰动所形成的LFE是该现象的根源。这突破了对光晶格的传统理解,也为我们后续的工作奠定了理论基础。紧接着,我们对比了形成光晶格的两种方案,并提出BEC在两种方案中的动力学性质不同。随后,我们着重研究了光场平衡入射的情况,并在不考虑原子碰撞相互作用的条件下,得到了BEC在一维软光晶格中的基态。它由局域化的BEC波包和形变局域化的光晶格共同组成,是一种光子-原子的自囚禁模式。我们称之为极化孤子,它与能隙孤子不同。然后,我们通过对比BEC在软光晶格和硬光晶格中的衍射,发现软光晶格会使BEC的衍射分量发生形变和平移,并且这种变化是红-蓝失谐非对称的。最后一个工作,我们利用LFE的理论研究了一维原子物质波光栅对光场的布拉格反射,并发现当原子个数较小时,会出现超辐射散射现象。然而,随着原子个数增加,超辐射现象会受到抑制。我们的理论工作表明,LFE在与光晶格相关的超冷原子实验中不能被忽视。它不仅有利于更精确地解释相应的实验现象,还为实现光子-原子的联合操控提供了理论依据。
【作者】朱江；
【导师】张卫平；董光炯；
【作者基本信息】华东师范大学，光学，2014，博士
【关键词】光晶格；超冷原子气体；玻色-爱因斯坦凝聚体；局域场效应；物质波；衍射；

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