新型量子系综制备与应用的研究

论文摘要

基于光与原子相互作用的新型量子系综的制备与应用,在量子信息科学领域中具有重要的价值。本文主要介绍了两种新型量子系综的制备过程及其相关应用:第一,基于无自旋交换碰撞弛豫（SERF）四通道小型化原子磁强计的研制,并利用该探头实现稳态视觉诱发电位（SSVEP）脑磁信号的精确测量;第二,提出一种新型的实验方法,利用一维远失谐激光实现超大光学厚度（OD）的冷原子量子系综,并在该系综下研究四波混频（FWM）物理过程。SERF磁强计利用碱金属原子自旋实现微弱磁场的精密测量,是一种新型的超高灵敏度光泵磁强计（OPM）。由于SERF磁强计结构简单便于小型化、低功耗、高灵敏度与稳定性等特点,在生物磁场领域其最有潜质代替传统的、造价和维护成本极高的量子超导干涉仪（SQUID）磁强计。本量子系综主要是利用单束泵浦激光与体积为8 mm×8 mm×8 mm钾原子气室作用,实现四通道小型化原子磁强计。整个探头体积为190 mm×40 mm×20 mm,主要包括光路系统、原子气室、线圈系统、加热系统和信号放大四个部分。其中,我们利用高导热率的热管研制了一套新奇的无磁加热系统,使原子气室加热至160℃同时不引入额外的磁场噪音。本工作实现的磁强计探头具有高梯度灵敏度(<6 fT/Hz1/2),能多通道测量以及高空间分辨率等特点,能够用于脑磁图（MEG）和心磁图（MCG）领域。另外,利用该四通道小型化原子磁强计,我们实现了对SSVEP脑磁信号的测量,并分析了不同视觉刺激频率下SSVEP脑磁信号强度与信噪比。本论文中实现的第二种新型量子系综是大OD光阱冷原子系统。将磁光阱冷原子团装载到一维远失谐1064 nm激光光阱中,实现了OD为2857的量子系综。相比于传统的实验方案二维磁光阱（2D-MOT）,其系统简单、稳定性好、均匀好,是量子信息和非线性光学领域中理想的实验系统。另外,在该新型量子系综下,通过入射泵浦光和耦合光实现和分析了高效的FWM过程。实验中,FWM过程产生的斯托克斯和反斯托克斯光信号强度高达uW量级。相比于晶体介质,基于冷原子系综FWM过程产生更窄线宽的非经典光子对。并且,实验上也发现明显的阈值效应,这可能是一种无反转激光现象。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李建军

导师: 王如泉

关键词: 多通道,无自旋交换碰撞弛豫,脑磁,光学厚度,四波混频

来源: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,电力工业

单位: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

分类号: O413;TM936

总页数: 124

文件大小: 6982K

下载量: 176

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