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激光对凝聚体的量子操控

第五届全国冷原子物理和量子信息 青年学者学术讨论会 — 兰州. 激光对凝聚体的量子操控. 周小计 School of Electronic Engineering and Computer Science Peking University, Beijing 北京大学信息科学技术学院. 背景介绍：相干物质波与 精密测量. 原子干涉仪. 原子陀螺仪. 未来的精密测量技术. 2011 年主要工作 : Momentum manipulation Pulse, standing wave, Optical Lattice.

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激光对凝聚体的量子操控

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Presentation Transcript

  1. 第五届全国冷原子物理和量子信息 青年学者学术讨论会—兰州 激光对凝聚体的量子操控 周小计 School of Electronic Engineering and Computer Science Peking University, Beijing 北京大学信息科学技术学院

  2. 背景介绍：相干物质波与 精密测量 原子干涉仪 原子陀螺仪 未来的精密测量技术

  3. 2011年主要工作: Momentum manipulation Pulse, standing wave, Optical Lattice

  4. 1 不同角度入射的单行波脉冲--外态操控 • 实现了双频率激光相对相位对原子动量操控的新方法。 • Xiaoji Zhou* , F. Yang, X.G. Yue, T. Vogt, Xuzong Chen, Phys. Rev. A 81, 013615 (2010). • Zhen Fang, Rui Guo, Xiaoji Zhou*, Xuzong Chen, Phys. Rev. A 82, 015601 (2010). • L. Deng, E.W. Hagley, Qiang Cao, Xiaorui Wang, Xinyu Luo, Ruquan Wang, M. G. L. Payne, Fan Yang, Xiaoji Zhou, Xuzong Chen, and Mingsheng Zhan, Phys. Rev. Lett. 105, 220404 (2010). • Xiaoji Zhou*, Phys. Rev. A 80, 023818 (2009)； • Xiaoji Zhou*, Jiageng Fu, Xuzong Chen, Phys. Rev. A 80, 063608 (2009)； • F. Yang, Xiaoji Zhou*, J. T. Li, Y. K. Chen, L. Xia, X. Z. Chen, Phys. Rev. A 78, 043611 (2008)； • Xu Xu, Xiaoji Zhou* and Xuzong Chen, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 41 (2008) 165302; • Juntao Li, Xiaoji Zhou*, Fan Yang, Xuzong Chen, Phys. Lett. A 372 (2008) 4750.

  5. 不同角度超辐射散射的动量谱 泵浦光沿任意角度 asymmetrically populated scattering modes Bo Lu, Xiaoji Zhou*,T. Vogt, Zhen Fang, Xuzong Chen, Phys. Rev. A83, 033620 (2011) .

  6. |e+| |e−| End-fire modes的包络函数|e+|和|e−|在z轴的分布和泵浦激光入射角θ的关系 (0,0) (1,1) (1,-1) (-1,1) (-1,-1) (2,-2) (2,0) (1,1) (1,-1) (2,-2) (2,0) (2,2) 不同散射模式的动量的模和θ的关系 不同散射模式的原子数和θ的关系

  7. 泵浦激光为长脉冲低功率时激发的超辐射 24° 34° 60° Δ=1.45 GHz，脉冲长度为T = 200μs，泵浦激光功率密度为I = 15 mW/cm2

  8. 泵浦激光为长脉冲高功率时激发的超辐射 Δ=1.45 GHz，脉冲长度为T = 200μs，泵浦激光功率密度为I = 40 mW/cm2 34° 60°

  9. 泵浦激光为短脉冲高功率时激发的超辐射 Δ=1.45 GHz，脉冲长度为T = 30μs，泵浦激光功率密度为I = 130 mW/cm2 24° 34° 60° 非对称分布以及不同角度入射，提供了测量原子机制的角增益谱方法

  10. 2 多序列驻波脉冲对凝聚体不同动量态的设计和实现 单驻脉冲情况

  11. 脉冲散射的投影理论 两脉冲情况

  12. Raman-Nath 理论 Equal–area pulses one–half of the Talbot time, all non–zero momentum states are zero

  13. 应用一：A coherent control for experimentally designing specific momentum states Bragg scattering，Raman-Nath regime，channeling regime Spatially optical lattice, a band structure of the energy spectrum in the atom-lattice system

  14. Wei Xiong, X. G. Yue, Z. K. Wang, Xinxing Liu, Xiaoji Zhou *, Xuzong Chen ,PRA (Reviewing)

  15. 应用二：光晶格中的BEC的相干操控 光晶格中的BEC的相干性 • 格点间原子的隧穿 • 区别与常温晶体中的电子 • 相干性的丧失与相变 BEC的相干操控与光晶格中BEC的相干操控 无晶格时 有晶格时 哈密顿量 哈密顿量 本征态 本征态 相干操控 相干操控

  16. 实现光晶格中凝聚体的相变，发现快速加载的新方法。实现光晶格中凝聚体的相变，发现快速加载的新方法。 BEC在光晶格中 可逆装载的实验 光晶格中原子从超流态 到粒子数压缩态的转变

  17. 快速加载到光晶格的新方法：装载时间的极大缩短快速加载到光晶格的新方法：装载时间的极大缩短 绝热加载 V0=0Er V0=2Er V0=5Er V0=10Er

  18. 一维光晶格的非绝热加载 非绝热加载光晶格的基本设想 V0=0Er V0=10Er V0=0Er V0=10Er Xinxing Liu, Xiaoji Zhou*, Wei Xiong, Thibault Vogt, and Xuzong Chen, Phys. Rev. A 83,063402 (2011)

  19. 非绝热加载的时序设计结果 实验结果 Results demonstrate this technique of coherent control feasibility and effectiveness

  20. 3 光晶格中凝聚体特性的研究 852nm Lattice trap, 780nm transition • X. X. Liu, Xiaoji Zhou*, W. Zhang, T. Vogt, Bo Lu, X.G. Yue, Xuzong Chen,Phys. Rev. A 83, 063604 (2011). • Bo Lu, T. Vogt, X. Liu, Xu Xu, Xiaoji Zhou*, Xuzong Chen, Phys. Rev. A 83, 051608(R) (2011) • T. Vogt, Bo Lu, X. Liu, Xu Xu, Xiaoji Zhou*, and Xuzong Chen, Phys. Rev. A 83 053603 (2011)

  21. 原子在每个晶格里呈片状分布时，图示三条光线都必须满足相干条件，所以点划线与虚线的光程相同，因而散射光方向必须满足：原子在每个晶格里呈片状分布时，图示三条光线都必须满足相干条件，所以点划线与虚线的光程相同，因而散射光方向必须满足： 方法介绍： Bragg光散射 原子在每个晶格里呈点状分布时，不需要满足该条件，散射光方向角与入射光方向角不需要互补，只要下图中红线部分为整数个波长即可。当入射角不是24度时，依然有散射光存在。 • Xiaoji Zhou*, Xu Xu, Lan Yin, W. M. Liu and Xuzong Chen, Optical Express 18, 15664 (2010). • Xu Xu, Xiaoji Zhou*, and Xuzong Chen, Phys. Rev. A 79, 033605 (2009)

  22. OL SR 应用一：光晶格中散射的模式竞争 24° 780nm 780nm 24° 12°

  23. Competition between superradiance and matter wave amplification

  24. V=14.4 Er, 光晶格 V=0Er, BEC  SR0，=12〫 SRB, V=14.4 Er  SRB 和 SR0 模式竞争, V=2.7 Er competition between superradiant scattering and matter wave amplification which will be dominated while the optical potential depth increases

  25. (NSRB-NSR0)/((NSRB+NSR0) Lattice depth (ER) 物质波的波函数可以写为 SRB (-2kL) +2kL SR0 • T. Vogt, Bo Lu, X. Liu, Xu Xu, Xiaoji Zhou*, and Xuzong Chen, Phys. Rev. A 83 053603 (2011)

  26. 应用二：利用合作散射对光晶格中原子关联的测量应用二：利用合作散射对光晶格中原子关联的测量 Bo Lu, T. Vogt, X. Liu, Xu Xu, Xiaoji Zhou*, Xuzong Chen Phys. Rev. A 83, 051608(R) (2011)

  27. Matter wave amplification VS delay time Power=4 mW pulse= 5 s Red Detuning = 1.3 GHz V= 11.44 Er 0 s 35 s 40 s 5 s 50 s 10 s 15 s 60 s 20 s 70 s 25 s 80 s 30 s

  28. the correlation between wave functions of different on site of optical lattice Bo Lu, T. Vogt, X. Liu, Xu Xu, Xiaoji Zhou*, Xuzong Chen Phys. Rev. A 83, 051608(R) (2011)

  29. 应用三：布拉格散射对光晶格中原子间相互作用的测量应用三：布拉格散射对光晶格中原子间相互作用的测量

  30. 原子的‘光栅’对入射光波的Bragg散射 激光的‘光栅’对原子物质波的Bragg散射 不要求原子具有相干性 要求原子具有相干性 散射建立时间：大于1ms 散射建立时间：5us

  31. Bragg光散射对原子的能带激发 原子间相互作用对结果的影响 The energy gap of Bloch bands in one dimensional optical lattice Xinxing Liu, Xiaoji Zhou*, Wei Zhang Thibault Vogt, Xuguang Yue, Bo Lu and Xuzong Chen, Phys. Rev. A 83,063604 (2011)

  32. 总 结 光驻波和物质波光栅相互作用：凝聚体的操控 方法一： 光驻波脉冲散射 物质波干涉；光晶格的快速装载；动量态的压缩 方法二：Bragg光散射 超辐射和物质波放大的竞争；原子关联特性的测量； 相互作用导致的能带结构变化

  33. 忠心感谢很多同行对我的帮助和支持。 新混合系统、玻色系统 谢谢大家！

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