冷分子静电曲面反射镜.docxVIP

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冷分子静电曲面反射镜   摘要:分子(原子)平面反射镜作为重要的光学元件之一,被广泛应用于分子(原子)囚禁、储存、导引等实验中:但由于其仅能实现粒子纵向速度改变而在横向上没有聚焦作用,从而导致了粒子容易发散.以重氨(nd3)分子为例,提出了一种结构简洁、紧凑的微型静电曲面反射镜,通过理论计算并与monte-carlo模拟,验证了其在改变分子运动方向的同时能够实现横向聚束,进而大大增加反射分子数目.因此,该类反射镜可广泛用于分子操控与装载以及构成各类分子腔体等领域。   关键词:微静电曲面反射镜:冷分子:分子腔   中图分类号:0435.1   文献标志码:a   doi:10.3969/j.issn.1000-5641.201922014   0引言   以原子玻色一爱因斯坦凝聚体(bose-einsteincondensation,bec)为代表的冷原子物理已经取得了非常辉煌的成就,从而带动了原子光学的极大发展.与光学中的反射镜类似,原子反射镜可用于改变原子束的传播方向,并可用于原子囚禁[1]、储存[2]、导引[3]、干涉[4]等实验中.原子反射镜包括消逝波原子反射镜[5-7]、半高斯光束原子反射镜[8]、静磁原子反射镜[2.9-14],以及静电原子反射镜等[15],这些光学元器件在量子计算、原子干涉等领域有着重要的应用前景.与原子反射镜类似,分子反射镜在分子光学中也有着类似的重要应用价值.然而相对于原子反射镜,分子反射镜的发展才刚刚起步.2004年,schulz等提出并验证了一种极性分子的平面反射镜,该反射镜由一系列沉积于芯片表面的等间距平行电极构成,可有效反射速度为几十米每秒的nd3冷分子束[16].2005年,kallush等利用超高斯光场实现了对强场搜寻态分子的镜面反射[17],2008年,metsala等在实验上证实了一种静磁平面反射镜和静磁凹面反射镜[18],其中凹面反射镜不仅在纵向上会改变分子运动方向,而且在横向上对分子有聚焦效果.2011年,florez等又提出并证实了一种静电椭球分子反射镜,该反射镜可用于分子束的聚焦[19].   与原子腔[1.20,22]类似,由重力场和一面分子反射镜可构成分子重力光学腔,这种腔可以用来研究分子来回反射的情况及其在场里的动力学过程.两个平行放置的分子反射镜可构成分子腔(类似于fabry-perot原子腔),可应用于分子激光输出.另外,三面分子反射镜还可以构成环形分子腔.然而平面分子反射镜仅能实现分子纵向速度的改变,在横向上由于没有聚焦作用从而导致分子的发散和丢失.本文提出了一种结构简洁紧凑的微型静电曲面分子反射镜,该反射镜在改变分子运动方向的同时又能实现分子的横向聚束,从而大大增加反射分子束的分子数目.因此该曲面分子反射镜可应用于各种分子腔的构成以及分子储存、囚禁等集成分子光学的研究.   1理论基础   由于电荷分布的不对称,极性分子会具有电偶极矩.电偶极矩与电场的相互作用叫做斯塔克效应.在电场强度小于100kv/cm时,不同,能级之间的相互作用可以忽略,处于电场中nd3分子的stark能级可以近似表示为[23]   2电极结构   本文对微型平面、曲面静电反射镜操控极性分子进行了理论模拟.平面反射镜是一组金制的同心圆环,共13根电极,周期是500μm,电极宽度为200μm,电极间隔为300μm,衬底为蓝宝石平板,相邻电极的电压差为300v.曲面反射镜的电极间隔与宽度和平面反射镜相同,衬底也为蓝宝石平板,相邻电极的电压差为300v.图1为平面反射镜和曲面反射镜的结构示意图.   3montecarlo模拟   为了验证上述静电反射镜的特性,本文利用montecarlo方法对nd3分子在重力场和电场中的动力学过程进行了模拟.在理论模拟过程中,本文选择nd3分子j=1,k=1,m=-1的态,并通过maxwell计算出了曲面反射镜表面的电场和梯度,根据式(1)和式(2)得到了nd3分子在反射镜附近的受力.在模拟过程中,本文忽略了分子间的相互碰撞以及背景分子对nd3分子的碰撞.   首先模拟了分子在重力光学分子腔中的动力学过程,该分子腔由一个曲面反射镜和重力场构成.本文研究了冷分子样品在重力作用下的多次弹射过程.分子初始的速度和空间分布均为高斯分布;分子束的中心速度vx0,vy0,vz0都是0m/s,分子束的在x,y,z3个方向的空间与速度的分布宽度分别为[1.0mm×0.1m/s]×[1.0mm×0.1m/s]×[1.0mm×0.1m/s].冷分子样品从距离静电反射镜表面17.5mm的位置释放,分子由于重力作用自由下落;在反射镜表面与反射镜相互作用而被反射,

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