原子光学 基本概念原理技术及其应用PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

原子光学 基本概念原理技术及其应用PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 原子光学概论1

1.1 引言1

1.2 原子光学的分类及其研究内容2

1.3 原子光学与光子光学的比较3

1.4 中性原子在外场中的三个效应4

1.4.1 中性原子的偶极矩4

1.4.2 塞曼（Zeeman）效应6

1.4.3 直流斯塔克（Stark）效应7

1.4.4 交流斯塔克效应8

1.5 原子能级的超精细分裂及其塞曼效应8

1.5.1 考虑核自旋时原子的总磁矩8

1.5.2 超精细能级的塞曼效应10

1.5.3 选择定则与跃迁谱线的偏振10

1.6 冷原子操控的基本原理12

1.6.1 中性原子的激光操控原理12

1.6.2 中性原子的静磁操控原理13

1.6.3 中性原子的静电操控原理13

1.6.4 中性原子的电、磁、光偶极相互作用力13

参考文献14

第2章 基础原子光学16

2.1 引言16

2.2 中性原子的激光冷却机制与技术17

2.2.1 中性原子的多普勒冷却17

2.2.2 中性原子的亚多普勒冷却19

2.2.3 中性原子的亚反冲冷却23

2.3 冷原子的磁、光囚禁与磁光阱技术24

2.3.1 冷原子的光学囚禁25

2.3.2 冷原子的静磁囚禁30

2.3.3 冷原子的磁光囚禁33

2.4 冷原子束或超冷原子束的产生及其实验研究34

2.4.1 采用激光扫频冷却技术的冷原子束产生方案34

2.4.2 采用塞曼减速器的冷原子束产生方案35

2.4.3 采用预冷原子束和磁光阱的冷原子束产生方案37

2.4.4 采用蒸气池磁光阱的冷原子束产生方案38

2.4.5 采用亚反冲冷却技术的超冷原子束产生方案41

2.5 冷原子束或超冷原子束的应用42

参考文献45

第3章 冷原子的磁、光导引及其应用49

3.1 引言49

3.2 中性原子的激光导引方案与技术49

3.2.1 空心光纤中红失谐高斯模式的冷原子激光导引50

3.2.2 空心光纤中蓝失谐消逝波光场的冷原子激光导引52

3.2.3 空心金属波导中蓝失谐TE01模式的冷原子激光导引53

3.2.4 单模光纤束中蓝失谐消逝波光场的冷原子激光导引56

3.2.5 采用红失谐高斯光束的冷原子激光导引59

3.2.6 采用蓝失谐空心光束的冷原子激光导引60

3.3 中性原子的静磁导引与技术61

3.3.1 采用载流导线的磁导引61

3.3.2 采用永久磁管的磁导引66

3.3.3 采用载流螺线管的磁导引67

3.3.4 采用载流导线的交流磁导引68

3.3.5 采用载流导体的磁导引70

3.4 冷原子导引技术的应用70

参考文献76

第4章 几何原子光学及其器件80

4.1 引言80

4.2 原子漏斗技术及其应用80

4.2.1 原子漏斗的工作原理81

4.2.2 原子漏斗方案与研究结果81

4.2.3 原子漏斗的潜在应用87

4.3 原子束的反射及原子反射镜89

4.3.1 原子反射镜方案与研究结果90

4.3.2 原子反射镜的应用97

4.4 原子束的偏转（折射）、准直及其应用98

4.5 原子束的聚焦成像及原子透镜100

4.5.1 原子透镜方案与研究结果100

4.5.2 原子透镜的应用108

参考文献109

第5章 波动原子光学及其器件115

5.1 引言115

5.2 原子束衍射与原子光栅116

5.2.1 原子光栅116

5.2.2 原子束的衍射原理118

5.2.3 原子束的光栅衍射实验119

5.2.4 最新研究进展127

5.2.5 原子光栅的应用128

5.3 原子波导及其原子分束器129

5.3.1 原子物质波的波导129

5.3.2 导引型原子分束器130

5.4 原子束的分束与干涉实验139

5.4.1 自由空间原子分束器139

5.4.2 原子分束器的应用142

5.4.3 原子束的干涉与杨氏干涉实验143

5.5 原子全息学与技术147

参考文献149

第6章 原子干涉仪及其应用154

6.1 引言154

6.2 原子干涉仪的分类155

6.3 原子质心运动（外态）干涉仪156

6.3.1 机械分束原子干涉仪156

6.3.2 驻波场原子干涉仪161

6.3.3 静电场原子干涉仪166

6.3.4 静磁场原子干涉仪169

6.3.5 光偶极原子干涉仪177

6.3.6 时域原子干涉仪179

6.4 原子内态干涉仪181

6.4.1 行波光场原子干涉仪的分束与合束原理181

6.4.2 行波光场原子干涉仪的技术方案与结果181

6.4.3 脉冲布拉格驻波衍射光栅干涉仪187

6.4.4 微波-光脉冲Ramsey干涉仪188

6.4.5 受激Raman跃迁型原子干涉仪190

6.4.6 偏振光场原子干涉仪192

6.5 原子干涉仪的应用195

6.5.1 重力加速度的测量195

6.5.2 微小转速的测量195

6.5.3 气体介质折射率的测量196

6.5.4 介质电极化率的测量196

参考文献198

第7章 玻色-爱因斯坦凝聚实验及其最新进展203

7.1 引言203

7.2 玻色-爱因斯坦凝聚及其形成条件与途径204

7.2.1 几个基本概念204

7.2.2 形成BEC的条件与途径206

7.2.3 制备BEC的实验过程207

7.3 原子玻色-爱因斯坦凝聚的实验概况及其最新进展208

7.3.1 具有正散射长度的碱金属原子BEC209

7.3.2 具有负散射长度的碱金属原子BEC216

7.3.3 其他原子（1H,4He,174Yb,52Cr和84Sr）的BEC实验220

7.3.4 全光型BEC实验224

7.3.5 双阱和微阱BEC226

7.3.6 低维BEC的实现229

7.4 分子BEC及费米原子对凝聚的实验研究及其最新进展232

7.4.1 全光型6Li2分子BEC的实现232

7.4.2 全光型40K2分子BEC的实现233

7.4.3 费米原子对凝聚的实现234

7.5 超冷BEC凝聚体的应用235

7.5.1 BEC凝聚体中超冷分子的产生235

7.5.2 在量子信息科学中的应用236

7.5.3 原子-分子系统相干性的实验研究238

参考文献240

第8章 量子原子光学249

8.1 引言249

8.2 原子量子态的理论研究与实验制备250

8.2.1 原子EPR态的制备250

8.2.2 原子自旋压缩态的制备251

8.2.3 原子纠缠态的制备252

8.2.4 BEC原子数压缩态的制备253

8.2.5 原子量子态制备的最新进展255

8.3 BEC原子的光散射及其量子光学效应255

8.3.1 BEC原子的光散射及其应用255

8.3.2 BEC原子散射光的量子相干性256

8.3.3 BEC原子凝聚体的量子统计性质258

8.3.4 BEC凝聚体中的其他量子光学效应259

8.4 原子激光的产生及其实验研究264

8.4.1 原子激光的定义、构造及特征参数264

8.4.2 原子激光的产生及其实验结果264

8.4.3 原子激光的经典起伏268

8.4.4 最新研究进展269

8.5 BEC凝聚体或原子激光的量子相干性及其实验测量269

8.5.1 空间相干性的实验测量与研究269

8.5.2 时间相干性的实验测量与研究271

8.6 费米原子气体的量子简并273

8.6.1 费米40K原子气体的量子简并273

8.6.2 费米6Li原子气体的量子简并274

8.6.3 最新研究进展275

参考文献276

第9章 非线性原子光学280

9.1 引言280

9.2 BEC凝聚体中的原子物质波孤子281

9.2.1 原子孤子的产生机制及其分类281

9.2.2 BEC凝聚体中的暗孤子281

9.2.3 BEC凝聚体中的亮孤子283

9.2.4 BEC凝聚体中的孤子串：孤子原子激光284

9.2.5 BEC中的晶格孤子和双分量BEC中的暗孤子285

9.2.6 BEC中原子物质波孤子研究的最新进展286

9.3 原子物质波中的光速减慢及超光速现象286

9.3.1 电磁感应透明及其光波群速度操控的基本原理286

9.3.2 光波群速度的减慢实验与研究进展288

9.3.3 超光速现象及其实验研究292

9.3.4 最新研究进展294

9.3.5 光波群速度减慢的潜在应用294

9.4 原子物质波中的四波混频296

9.4.1 物质波四波混频的基本原理296

9.4.2 原子物质波中四波混频的实验观测297

9.4.3 由物质波四波混频产生的孪生原子束298

9.4.4 量子简并费米原子的四波混频299

9.4.5 原子物质波中四波混频研究的最新进展299

9.5 原子物质波中的超流及其涡流（Vortex）300

9.5.1 超流与涡流的概念300

9.5.2 BEC超流体中的涡流301

9.5.3 BEC超流体中的涡流列阵或涡流晶格303

9.5.4 BEC超流体中的三维陀螺效应305

9.5.5 最新研究进展306

9.6 原子物质波中的量子混沌效应307

9.6.1 混沌及量子混沌的概念307

9.6.2 超冷原子物质波中的量子混沌现象307

9.7 BEC原子物质波中的Josephson效应309

9.8 原子物质波中的其他非线性效应311

9.8.1 BEC原子物质波的相位相干放大311

9.8.2 BEC原子物质波中的量子冲击波效应312

9.8.3 BEC原子物质波中的超辐射效应313

参考文献315

第10章 晶格原子光学及其应用320

10.1 引言320

10.2 光学晶格的基本概念321

10.2.1 何谓光学晶格321

10.2.2 光学晶格中的Sisyphus冷却322

10.2.3 光学晶格的基本概念与空间周期性322

10.3 光学晶格的形成与分类323

10.3.1 采用2n束正交光束产生的n维光学晶格324

10.3.2 采用n+1束非正交光束产生的n维光学晶格325

10.3.3 大失谐CO2激光晶格329

10.3.4 光学晶格的磁学性质329

10.4 磁晶格的形成与分类329

10.4.1 一维磁晶格330

10.4.2 二维磁晶格332

10.4.3 三维磁晶格333

10.4.4 最新研究进展334

10.5 磁光晶格的形成与分类335

10.5.1 一维磁光晶格336

10.5.2 二维磁光晶格337

10.5.3 三维磁光晶格338

10.6 可控制表面磁晶格、磁光晶格与新颖光学晶格339

10.6.1 可控制的二维表面磁光晶格与磁晶格339

10.6.2 新颖光学晶格的形成347

10.7 光学晶格中的冷原子或BEC凝聚体350

10.7.1 光晶格中的原子动力学350

10.7.2 光晶格中的原子BEC351

10.8 应用与展望352

参考文献353

第11章 集成原子光学及其原子芯片359

11.1 引言359

11.2 表面微结构的原子光学元器件及其制作360

11.2.1 表面微结构原子囚禁方案360

11.2.2 表面微结构原子波导方案372

11.2.3 表面原子分束器及其原子干涉仪376

11.3 微磁结构集成原子光学及其原子芯片379

11.3.1 第一块集成原子芯片379

11.3.2 实现物质波传送的原子芯片380

11.3.3 实现微阱BEC的原子芯片381

11.3.4 微磁阱列阵与冷原子磁晶格382

11.4 微光结构集成原子光学及其原子芯片382

11.5 微磁光结构集成原子光学及其原子芯片384

11.6 磁、光混合型集成原子光学及其原子芯片388

11.7 原子芯片的设计原则与尚待解决的问题389

11.7.1 芯片设计原则389

11.7.2 尚待解决问题390

11.8 集成原子光学的发展方向与应用展望391

11.8.1 发展方向391

11.8.2 潜在应用392

参考文献393

第12章 空心光束与暗束原子光学401

12.1 引言401

12.2 空心光束的定义及其参数401

12.3 空心激光束（HLB）的产生403

12.3.1 横模选择法403

12.3.2 几何光学法405

12.3.3 模式变换法409

12.3.4 光学全息法412

12.3.5 计算全息法414

12.3.6 空心光纤法425

12.3.7 径向分布的π相位板法427

12.3.8 弧向分布的π相位板法430

12.4 空心光束的分类及其应用场合432

12.4.1 空心高斯光束（HGB）433

12.4.2 拉盖尔-高斯光束433

12.4.3 高阶贝塞尔光束（或高阶贝塞尔-高斯光束）434

12.4.4 TEM*0l面包圈空心光束434

12.4.5 LP0l模输出空心光束435

12.4.6 双高斯分布空心光束436

12.4.7 聚焦空心光束436

12.4.8 局域空心光束436

12.4.9 高阶马提厄空心光束437

12.4.10 双矩形分布空心光束439

12.5 椭圆空心光束的产生与研究及其最新进展439

12.5.1 标量椭圆空心光束440

12.5.2 矢量空心光束450

12.6 暗束原子光学455

12.6.1 采用空心光束的原子激光冷却456

12.6.2 采用空心光束的冷原子激光囚禁466

12.6.3 采用空心光束的冷原子光学操控468

12.6.4 采用空心光束实现的全光型原子BEC478

12.6.5 采用空心光束的物质波光学481

参考文献485

第13章 基于腔内QED效应的单原子光学499

13.1 引言499

13.2 单原子激光囚禁的基本原理、实验方案与结果500

13.2.1 腔内单原子激光囚禁的基本原理500

13.2.2 单原子激光囚禁的实验方案与结果502

13.2.3 单原子激光囚禁实验的研究进展504

13.3 单原子激光冷却的机制、实验方案与结果506

13.3.1 单原子的腔内激光冷却506

13.3.2 局域空心光束中单原子的强度梯度冷却510

13.3.3 腔内单原子激光冷却的最新进展513

13.4 单原子激光操控的基本原理、实验方案与结果514

13.4.1 冷原子的腔内装载及其实验结果514

13.4.2 腔内囚禁原子数的实时测量与实验结果515

13.4.3 腔内单原子运动的反馈控制516

13.5 单原子激光操控的实验进展及其应用521

13.5.1 腔内QED效应的研究521

13.5.2 量子纠缠态的实验制备522

13.5.3 真空拉比分裂及其光谱观测523

13.5.4 光子统计性质的研究525

13.5.5 单光子源的实验制备527

13.5.6 单原子激光的实验产生529

13.5.7 原子-腔显微镜技术531

13.5.8 在量子计算与信息处理中的应用534

13.6 总结与展望536

参考文献536

第14章 应用原子光学543

14.1 引言543

14.2 在表面科学研究中的应用544

14.2.1 实验研究进展544

14.2.2 范德瓦耳斯力的测量544

14.2.3 探测范德瓦耳斯相互作用的原子干涉法545

14.3 原子干涉与精密测量546

14.3.1 基本物理常数的精密测量546

14.3.2 原子干涉陀螺仪及其微小转动的测量550

14.3.3 原子干涉仪精密测量的最新进展553

14.4 原子喷泉钟与冷原子光钟553

14.4.1 喷泉原子钟的研究进展554

14.4.2 冷原子光钟的研究进展556

14.5 原子光刻与纳米新材料的制备558

14.5.1 采用金属原子的光刻实验559

14.5.2 采用亚稳态惰性气体的原子光刻561

14.5.3 采用全息光学掩膜的原子光刻563

14.5.4 原子光刻实验的最新进展563

14.6 原子计算全息术与原子光学全息术564

14.6.1 原子计算全息术565

14.6.2 原子光学全息术573

14.6.3 时域原子光学全息术575

14.7 在量子信息科学领域中的应用577

参考文献580

附录1 一些常用的基本物理常数587

附录2 一些惰性气体原子亚稳态的基本参数588

附录3 一些激光冷却原子光学跃迁的基本参数589

附录4 一些激光冷却原子俘获、多普勒与光子反冲极限参数591

附录5 碱金属原子的核自旋I参数592

结束语593

索引595