论文部分内容阅读
本论文旨在建立一套87Rb原子的玻色-爱因斯坦凝聚实验装置，并在此装置的基础上利用激光冷却和磁阱囚禁加蒸发冷却的技术获得87Rb原子的玻色-爱因斯坦凝聚。
本文全面的回顾了稀薄碱金属气体玻色-爱因斯坦凝聚(简称BEC)实验的发展状况，BEC的基本性质。并且简要介绍了国际上冷原子物理和量子气体领域系统目前的发展状况和发展前景。介绍了玻色-爱因斯坦凝聚的基本理论，包括量子统计理论和凝聚体在平均场近似下满足的GP方程。
在实验理论上，简介了原子的激光冷却和囚禁的基本理论，中性原子的磁场囚禁和几种可以用来囚禁原子的磁阱，比较详细的介绍了蒸发冷却的基本理论。
在实验装置上，计算、设计并且建立了适合于玻色-爱因斯坦凝聚实验的双磁光阱真空系统，使两个工作腔室内真空气压分别达到10-9mbar和2×10-11mbar。建立了激光冷却和囚禁原子所用的激光系统，包括半导体激光的稳频和冷却光，探测光的频率控制。计算并且设计了用于原子磁场囚禁的QUIC磁阱，并对于囚禁原子的性能进行了理论分析；设计并且制作了适用于QUIC磁阱的控制电流源，使得输出电流可以达到30A，启动时间1ms。全面的研究了吸收成像的理论，设计并且建立了分辨率可以达到5μm的CCD成像系统。建立了用于蒸发冷却过程的射频场系统，以及用于BEC实验时序控制的LabVIEW计算机控制系统。
在实现87Rb原子玻色-爱因斯坦凝聚的实验过程中，使用连续推送的方法实现了下磁光阱的装载，获得超过109的原子数，得到了磁光阱装载的优化实验参量。深入研究了四极磁阱的装载和压缩，以及冷原子从四极磁阱到QUIC磁阱的转移过程，提出了QUIC磁阱装载的一种优化方案，并在实验上得以实现，将QUIC阱的装载效率提高了40％。详细研究了磁阱中蒸发冷却的过程的有效性，使用蒸发冷却后吸收成像得到的原子云的光学厚度来判断蒸发冷却过程的效果，并且在此基础上观察到了玻色-爱因斯坦凝聚的实现过程。并且通过凝聚体从磁阱中自由扩散后轴向和径向的尺度变化证实了BEC的实现。在理论上分析了玻色-爱因斯坦凝聚的空间密度分布并与实验结果作了拟和，得到了凝聚体开始出现时的转变温度Tc≈440nK，最终得到的凝聚体原子数目为2×105。
另外，通过控制QUIC磁阱的关断时序，在实验上获得了|F=2〉态的多组份自旋凝聚体，并对其进行了简要分析。