堿金屬原子集群吸收與色散特性研究.pdf

1、堿金屬原子在精密光譜學(xué)、快光和慢光，以及狹義量子信息技術(shù)等方面具有重要的基礎(chǔ)研究價值；在以原子自旋陀螺、鈉激光導(dǎo)星為代表的廣義量子信息層面，作為原子集群宏觀角動量量子操控的重要載體具有重要的應(yīng)用價值；在目前最具前途的下一代高能激光光源—堿金屬蒸氣激光器中作為增益介質(zhì)，也日顯其重要性。吸收和色散是光與物質(zhì)相互作用的兩個重要方面，堿金屬原子特有的強吸收對應(yīng)的強色散特性是諸多應(yīng)用的基礎(chǔ)，對其吸收、色散以及兩者之間關(guān)系進行深入研究，有助于加深光

2、場與堿金屬原子集群相互作用的認識，并以更高的理論水平指導(dǎo)相關(guān)技術(shù)研究?；诖四康?，本文結(jié)合鈉激光導(dǎo)星和堿金屬蒸氣激光器的實際需求，開展了如下理論和實驗研究：
　　1、基于密度矩陣方法和光學(xué)布洛赫方程，給出了光場與原子集群相互作用的理論模型，比較了原子集群在吸收和增益條件下對應(yīng)的不同色散特性。推導(dǎo)了均勻加寬和非均勻加寬條件下吸收和色散的理論表達式，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合普適的Kramers-Kronig關(guān)系，討論了吸收和色散之間的等價關(guān)系

3、。
　　2、數(shù)值仿真了銣原子 D1線的吸收和色散特性，首先討論了不同飽和蒸氣壓公式的選用條件；然后利用Clebsch-Gordan系數(shù)和Wigner-Eckart理論計算了超精細結(jié)構(gòu)對應(yīng)的電偶極矩；最后討論了不同溫度條件下同位素Rb原子和自然豐度條件下 Rb85+Rb87原子超精細譜線對應(yīng)的吸收和色散特性，以及在數(shù)值上驗證了Kramers-Kronig關(guān)系的實用性。
　　3、基于Beer-Lamber定律，利用差分光譜法對真

4、空Rb87蒸氣池的吸收特性進行了定量實驗測量，考慮不同超精細結(jié)構(gòu)譜線的飽和光強效應(yīng)和探測器的信噪比，得到最佳入射光強條件I/Isat=0.1；不同超精細譜線飽和光強的影響程度由歸一化相對躍遷強度決定；對比加熱條件下真空 Rb87蒸氣池的透過率曲線，通過理論估算確定其中含有2％豐度的Rb85原子，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　4、利用馬曾干涉法對真空Rb87蒸氣池的色散特性進行了定量實驗測量，現(xiàn)有實驗條件下，色散曲線測量精度可以達到1