基于受激辐射的多色激光原子冷却模拟.pdf

摘要

基于受激辐射的多色激光原子冷却模拟

作者：郑丽慧

专业：原子与分子物理

指导教师：张栋栋副教授

近几十年来，随着各种冷却技术的不断发展，冷原子体系在实验上得以实现。

冷原子由于其显著的量子特性使得其在量子通信、量子计算、量子精密测量、超

冷化学反应、量子多体物理等领域有着重要的应用。激光冷却是制备冷原子的重

要方法，在原子物理学研究中发挥着重要作用。此外，在磁光阱、光晶格、离子

阱等其它实验平台中，激光冷却也是不可或缺的一项冷却技术。但是随着激光冷

却原子与分子的不断发展，对激光冷却技术也提出了更高的需求。例如：更大的

激光冷却力、更宽的冷却速度范围、更短的冷却时间、更低的冷却温度等等。要

想在实验技术上取得提升，往往需要理论模拟的先行指导，想要在实验中取得更

优的参数，就需要数值模拟进行理论分析。

激光冷却中自发辐射力在冷原子的制备和研究中发挥着重要的作用，其在单

色场中的力最大不超过ℏ/2。在双色场和多色场中的冷却受激力有理论表明可

大于ℏ/2，更有助于激光冷却。本篇论文主要探究能否利用宽谱带脉冲实现高

效的激光冷却原子。重点分析了在四色场和六色场中冷却受激力随激光束失谐、

位相、场强等条件变化而带来的影响，以及在特定参数下冷却受激与运动速度的

依赖关系。主要方法是求解在多色光场中旋转波近似下的光学布洛赫方程，计算

冷却受激力的大小。通过数值模拟得出结果并进行对比分析，显示增加光束构成

的多色场（四色场、六色场）中原子的冷却受激力比自发辐射力大的多，实现了

数量级的提升。

本论文理论数值模拟了四色场和六色场中冷却受激力的大小，并且对比分析

四色场和六色场中的冷却受激力的最优参数。主要分为以下两个部分：

第一部分介绍了四色场的构成，并且通过改变四色场下激光束的失谐、拉比

频率（场强）、位相和失谐的奇偶性条件，详细探究了改变这些条件对冷却四色

受激力的影响。在特定的条件下，得出冷却四色受激力与运动速度的依赖关系。

第二部分介绍了六色场的构成，并且通过改变六色场下激光束的失谐、拉比

频率（场强）、位相和相对位相等条件，分析了六色受激力随着这些条件改变所

带来的变化。在特定的条件下，得出冷却六色受激力与运动速度的依赖关系。

通过理论数值模拟得出：在不同的激光场中，改变不同的条件，能够得出在

特定条件下，冷却受激力与速度的最优依赖关系。且理论结果表明受激辐射取代

自发辐射产生的受激力突破了自发辐射力的上限，能够在较短时间和较短距离内

实现更高效的激光冷却。

关键词：

原子，激光冷却，双色场，多色场，多色受激力

Abstract

Simulationofmulti-colorlaseratomiccoolingbasedonstimulated

emissionradiation

Author:ZhengLihui

Speciality:AtomicandMolecularPhysics

Supervisor:AssociateProfessorZhangDongdong

Inrecentdecades,withthecontinuousdevelopmentofvariouscooling

technologies,coldatomicsystemshavebeenrealizedexperimentally.Coldatoms,due

totheirsignificantquantumproperties,haveimportantapplicationsinquantum

communication,quantumcomputing,quantumprecisionmeasurement,