用583 nm半导体倍频激光器获得了碘分子R67（15-1）跃迁的超精细分量调制转移谱（MTS）。针对超冷铒原子实验中冷却光的频率稳定，利用Pound-Drever-Hall（PDH）稳频技术作为前级反馈将激光器稳定在法布里-珀罗腔，用碘分子MTS稳频作为后级反馈，以克服光学参考腔不可避免的长期漂移。稳频后4 h的监测结果表明，相比仅用PDH稳频的漂移量（205 kHz），双系统稳频时的最大频率起伏为±12 kHz，满足超冷铒原子实验系统长时间稳定运转的需求。本方案拓展了碘分子光谱在583 nm激光稳频的应用，也为激光冷却铕、铥等元素中冷却光的频率锁定提供了参考。

相对于传统的780 nm饱和吸收光谱稳频技术,调制转移光谱法具有更高的灵敏度和分辨率。采用调制转移光谱技术将1560 nm分布式反馈激光器经全光纤放大和PPLN晶体高效倍频至780 nm后锁定在Rb ⁸⁷原子D₂线超精细谱线5 ²S_1/2(F_g=1)→5 ²P_3/2(F_e=0,1)交叉共振峰上,20 h激光器的频率漂移峰峰值为105 kHz,1 s的阿伦方差为3.7×10 ^-11,10000 s的阿伦方差为4.6×10 ^-12。研究了铷泡吸收长度对频率稳定性的影响。针对Rb ⁸⁷5 ²S_1/2(F_g=1)→5 ²P_3/2(F_e=0,1,2)吸收峰较弱问题,研究了不同偏振类型的泵浦光和探测光对误差信号的影响。

自旋轨道耦合的超冷原子系统是模拟颤动的优秀平台。目前,实验对颤动的研究限制在两组分系统中,而已有的基于三组分理论的自旋轨道耦合均不利于实验实现。为此,基于实验已经实现的三组分自旋轨道耦合系统分析颤动,揭示了颤动具有多个振荡频率,当存在简谐束缚势时,颤动表现出丰富的物理内容。

超冷原子体系中要观测增益平衡的宇称-时间(PT)对称,需产生受控的原子布居增益/损耗及相干耦合。本文提出了动态控制原子芯片上双阱中原子输运实现原子布居指数增长的方法。采用直接蒙特卡罗方法数值研究了原子系综在双阱间的输运动力学,发现初始原子数和温度会显著影响输运效果,如目标势阱中的原子布居增益速率和转移效率。此外,还细致分析了左侧势阱抬升时间对右侧势阱中原子布居增长趋势的影响效果。该方案为在超冷原子气体中实现有增益/损耗的PT对称量子体系提供了切实可行的方法。

本文提供了一种全新的基于俘获损耗荧光光谱技术的里德堡态原子布局测量的方法。相比于场电离光谱该方法可以实现对里德堡态原子数的非破坏测量。利用该方法我们测量了47D5／2和47D3／2里德堡态原子数与里德堡激发光功率的关系, 并使用三能级系统的布洛赫方程对实验结果进行了拟合。通过比较实验和理论结果, 我们发现当激发光功率超过40 μW时, 随着激发光光强的变大47D里德堡态原子数目的增加偏离理论预计, 出现了激发阻塞现象。

文章研究了重力作用下对磁光阱中87Rb原子进行偏振梯度冷却后重新四极磁阱俘获的影响。研究了竖直放置四极线圈和水平放置四极线圈两种情形下,重力对原子偏振梯度冷却后四极磁阱重新俘获过程的作用,通过原子自由飞行吸收成像,观测到了原子的振荡。分析计算了87Rb原子|2,2〉态补偿重力时所需的磁场梯度B′,探究了磁场参数对于振荡现象的影响,从而选择了水平放置磁场线圈的方法,提高了原子偏振梯度冷却后四极磁阱的装载效率。

通过激光冷却技术在磁光阱中俘获原子数约107, 温度约200 μK, 直径约400 μm的超冷铯原子, 利用超冷铯原子光缔合方法制备了激发态的超冷铯分子。 实验研究了光缔合光不同扫描速率对铯分子振转光谱分辨率的影响, 发现光缔合光扫描速率较慢时, 铯分子振转光谱分辨率较高。 通过高灵敏的雪崩光电探测器探测冷原子荧光, 获得了超冷铯分子第一激发态6S1/2+6P3/2离解限0－g长程态高分辨振转光谱。 为了实现受控拉曼光缔合制备超冷基态分子, 光缔合激光频率需要锁定在原子-分子共振跃迁线, 对超冷原子光缔合光谱进行了超低频波长调制, 通过改变调制幅度和调制频率获得最优化的一阶微分信号, 将该信号反馈回激光器, 实现闭合环路稳频, 满足了受控拉曼光缔合制备振转能级可控的基态分子的实验要求, 该工作对研究受限空间中的超冷原子分子具有很重要的意义。

为提高光栅的衍射效率，提出了基于主动拉曼效应的超冷原子光栅系统。理论研究表明：通过拉曼增益的空间周期性调节，可有效地将沿垂直光栅方向传播的弱探测光衍射到一级方向，同时零级衍射光将被放大。当系统中引进微波场的原子相干效应时，可以进一步提高光栅的一级衍射效率。在一定的条件下，拉曼增益光栅的一级衍射效率可高于电磁诱导相位光栅的一级衍射效率。该系统可作为高效光开关用于全光网络。

以相干诱导光子带隙结构为工作基础, 提出了一种可对两个弱光信号的传播路径同时进行动态调控的新型全光路由控制方案。利用描述光波在空间周期介质中相干散射的传输矩阵理论, 结合描述单频激光与多能级原子共振相互作用的密度矩阵方程, 计算了作为控制媒介的相干驱动超冷原子系综的稳态反射光谱和稳态透射光谱。结果表明, 通过改变两个较强相干激光的空间模式、强度和频率等参数, 可在探测跃迁共振频率附近建立反射率约为95%或者透射率约为95%的两个特殊频带。对这样的相干诱导高反射带和高透射带进行了实时动态调控, 可根据需要引导两个不同频率的弱光信号进入指定的网络通道。该方案很好地满足了在量子信息处理领域对弱光信号进行全光路由控制时的低损耗和低形变要求。

将行波耦合激光、驻波光栅激光和静磁场作用于一个超冷原子系综，获得了由两个Bragg反射区和一个电磁感应透明区构成的动态可控光学微腔。对耦合激光、光栅激光和静磁场进行时间调制，将一个弱探测激光送入这一相干诱导光学微腔，使其形成周期振荡，然后再根据需要在一定时间延迟之后将其导出，将这一伴随着较弱能量损耗的探测脉冲受限传播过程视为一个有效的动态光存储机制。对提出的信息存储机制进行了数值模拟，讨论了它的优点和实用价值，提出了它的发展前景。