玻因斯坦凝聚態(tài)(bec)概念:
1924年印度物理學(xué)家玻色預(yù)言物質(zhì)新狀態(tài)的存在,愛因斯坦看到玻色的想法發(fā)表論文預(yù)言原子溫度足夠低時(shí),所有原子會(huì)突然以可能的能態(tài)凝聚——玻因斯坦凝聚。定義:當(dāng)溫度足夠低、原子的運(yùn)動(dòng)速度足夠慢時(shí),會(huì)有相變—新的物質(zhì)狀態(tài)產(chǎn)生,它們將集聚到能量的同一量子態(tài)(電子做穩(wěn)恒的運(yùn)動(dòng),具有確定的能量,這種穩(wěn)恒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為量子態(tài))。簡單來說表示原來不同狀態(tài)的原子突然“凝聚”到同一狀態(tài)(一般是基態(tài)),物質(zhì)的第五種狀態(tài)。bec成為一種特殊的超低溫實(shí)驗(yàn)平臺(tái),用來研究基礎(chǔ)原子物理學(xué)以及凝聚體的力學(xué),光學(xué),熱學(xué),聲學(xué)和超流體等性質(zhì)及其物理機(jī)制。
玻因斯坦凝聚態(tài)(bec)實(shí)現(xiàn):
原子的激光冷卻和陷俘,在三個(gè)互相垂直的方向安置三對(duì)相對(duì)傳播的激光束, 則形成所謂的“光學(xué)粘團(tuán)”, 它可以使原子在三維方向上得到冷卻。其基本原理是通過原子與光子的動(dòng)量交換來達(dá)到原子冷卻的目的,遵循動(dòng)量守恒定律。激光冷卻后的原子由磁場與激光組成的磁光阱,磁光阱是一種中性原子的有效手段。它由三對(duì)兩兩相互垂直具有特定偏振組態(tài)井且負(fù)失諧的對(duì)射激光束形成的三維空間駐波場和反向亥姆赫茲線圈產(chǎn)生的梯度磁場構(gòu)成.磁場的零點(diǎn)與光場的中心重合,負(fù)失諧的激光對(duì)原子產(chǎn)生阻尼力.梯度磁場與激光的偏振相結(jié)合產(chǎn)生了對(duì)原子的束縛力.這樣就在空間對(duì)中性原子構(gòu)成了一個(gè)帶阻尼作用的簡諧勢(粒子在某力場中運(yùn)動(dòng),勢能函數(shù)曲線在空間的某一有限范圍內(nèi)勢能最小,形如陷阱,稱為勢阱)。在阱的邊緣部分,磁場很強(qiáng),控制原子磁極的射頻場的頻率很高,通過逐漸降低頻率(微波頻率)可以將動(dòng)能比平均動(dòng)能大很多的原子排出阱外留下動(dòng)能較小的原子,從而達(dá)到蒸發(fā)冷卻的目的。
玻因斯坦凝聚態(tài)(bec)性質(zhì):
bec靜態(tài)性質(zhì):大小10-100um,橢球形,其長短軸比為幾到幾十,轉(zhuǎn)變溫度為100nk至2uk,受勢阱影響大,也與阱中原子數(shù)和密度有關(guān),原子密度變化大。
剛發(fā)生bec轉(zhuǎn)變時(shí),整個(gè)原子團(tuán)由凝聚態(tài)原子與非凝聚態(tài)原子混合組成。
bec動(dòng)態(tài)性質(zhì): 不穩(wěn)定,隨著時(shí)間衰變,具有一定壽命,原子間非彈性碰撞發(fā)生衰變,一些原子脫離凝聚體。
銣原子玻因斯坦凝聚態(tài)(bec)激光系統(tǒng):
在銣原子玻因斯坦凝聚(bec)實(shí)驗(yàn)架構(gòu)中,該套系統(tǒng)配置如下:
1.鎖定在主振激光器上的一號(hào)從激光頭輸出冷卻光和再泵浦光通過3路光纖分光實(shí)現(xiàn)3d mot和光學(xué)黏團(tuán)
2.鎖定在主振激光器上的二號(hào)從激光頭輸出冷卻光和再泵浦光實(shí)現(xiàn)2d mot 和探測光
該套光纖激光系統(tǒng)專為銣原子冷卻應(yīng)用打造,采用主從激光器架構(gòu)。從激光器頻率鎖定在通過飽和吸收譜穩(wěn)頻的主振蕩激光器上,從而將波長精度鎖定在銣原子d2線780.23nm上,高精度的電路設(shè)計(jì)保證了整套系統(tǒng)低噪聲以及長達(dá)數(shù)星期不失鎖的頻率鎖定特性。整套系統(tǒng)采用高可靠性的全光纖架構(gòu),通過的保偏分光技術(shù)可以支持每個(gè)激光頭六路高質(zhì)量光束輸出。
注:此圖由法國muquans公司提供。
muquans發(fā)源于法國高等光學(xué)學(xué)校和巴黎天文臺(tái),所擁有的核心技術(shù)也在這兩大的光學(xué)研究機(jī)構(gòu)內(nèi)部孕育發(fā)展了15年之久。muquans的團(tuán)隊(duì)由來自相關(guān)前沿專業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)和工程專家組成,致力為客戶提供的面向冷原子物理,原子干涉,原子頻標(biāo)及重力測量領(lǐng)域的產(chǎn)品和解決方案。