腔内单原子的激光冷却、囚禁分析.PDFVIP

第 26 卷 　第 1 期 物 　理 　学 　进 　展 Vol . 26 ,No . 1 　2006 年 3 月 PRO GR ESS IN P H YSICS Mar . ,2006 文章编号 (2006) 0 1002229 腔内单原子的激光冷却 、囚禁 与操控实验及其必威体育精装版进展 陆俊发1 ,2 ,印建平1 ( 1. 光谱学与波谱学教育部重点实验室 ,华东师范大学物理系 ,上海 200062 2 . 东华理工学院物理系 ,抚州 344000) 摘 　要 : 　本文综述了腔内单原子的激光冷却 、囚禁与操控的基本原理 、实验方案和结果及其最 ( ) 新进展 ,并介绍了腔内单原子激光操控实验的必威体育精装版进展及其在腔内量子电动力学 腔内 Q ED 效 应 、亚泊松光子统计 、单原子激光 、量子态制备 、单光子源和量子信息处理等研究中的应用 。 关键词 :单原子 ;激光冷却 ;激光囚禁 ;单光子操控 ;单原子操控 ;腔内量子电动力学 ; 中图分类号 :O4 　　　　　　　文献标识码 :A 0 　引言 自1985 年首次从实验上实现单原子微波激射器以来[ 1] ,单原子的激光操控引起了人们广 泛的兴趣与关注 ,他们为单原子激光的实现而努力 。单原子激光和单光子源的实现可为光与 物质相互作用 、量子通信 、量子计算与信息处理 、分布式量子网络等量子信息科学的实验研究 提供有力的工具 。然而 ,实现单原子激光和单光子源等首先必须解决单原子的激光冷却 、囚禁 和量子操控问题 。随着量子信息科学的发展 ,人们一直梦寂以求能对单原子进行激光冷却 、囚 禁与操控 。为此 ,人们就单原子激光冷却与囚禁及其量子操控的基本原理 、方案与技术等进行 了大量的理论与实验研究 ,取得了一系列重大的实验进展 ,并发展成为一个十分活跃的研究领 域 ,而单原子激光与单光子源的实验成功为量子通信 、量子计算与信息处理 、分布式量子网络 的实现迈出了里程碑意义的重要一步 。 在单原子腔内Q ED 的研究领域中 ,主要围绕着改善光学腔的性能 ,观察原子在腔内的运 动规律 ,光学腔内中性原子与激光场的耦合 、延长冷原子在腔内的囚禁时间、提高单原子的激 光囚禁和定位能力 、实现单原子的量子操控 、腔内单原子与光腔相互作用产生的丰富物理现象 收稿 日期 : 20060 106 ( ) 基金项 目: 国家自然科学基金 编号 :10 174050 和上海市科委重点配套基金 ,上海市重点 学科以及教育部 2 11 专项基金项 目资助 　1 期 陆俊发等 :腔内单原子的激光冷却 、囚禁与操控实验及其必威体育精装版进展 23 的研究、单光子源与单原子激光的产生及其在量子光学与量子信息科学等领域的应用研究 。 本文就腔内单原子的激光囚禁 、冷却与操控的基本原理 、实验方案与结果 、必威体育精装版进展及其在原 子光学 、量子光学和量子信息科学领域中的应用作一系统介绍与综述 , 以便读者对腔内量子电 动力学和单粒子原子光学的基本原理及其实验进展有一个较为全面的了解 。 1 　单原子激光囚禁的基本原理 、方案及其实验结果 1. 1 　腔内原子激光囚禁的基本原理 我们知道单原子的量子操控是研究单原子量子行为的基础[2 ] 。基于光场梯度力对原子形 成的光学偶极阱是实现单原子光学囚禁的重要途径 。当一个原子在一个大失谐的非均匀光场 E 中运动时 ,它将受到光场偶极力的作用 ,其相互作用势可表示为[ 3 ] 1