U型载流导体原子磁导及其原子光学器件

U型载流导体原子磁导及其原子光学器件

一、采用U-型载流导体的原子磁导引及其原子光学器件(论文文献综述)

李沫,陈飞良,罗小嘉,杨丽君,张健[1](2021)在《原子芯片的基本原理、关键技术及研究进展》文中研究指明飞速发展的激光冷却、囚禁与操控中性原子的理论和实验技术不仅促进了人们对微观物质运动规律的认知,而且在精密测量和量子信息领域催生了多项颠覆性的器件与应用.不同于传统复杂庞大的原子光学实验装置,原子芯片通过在硅等基底上制备的表面微纳结构或器件来精准控制磁场、电场或光场,从而在小尺度、低功耗条件下实现对原子的强束缚与相干操控,被认为是一种稳定、精确、功能及扩展性强大的原子及其量子态片上实验平台,具有广泛且重大的应用价值.本文首先简要回顾了原子芯片的发展历程,然后介绍了基于载流导线的微势阱及微导引实现原子芯片的基本原理,并着重讨论了基于载流导线的原子芯片制备技术、测试方法和集成的全链条关键实现技术.随后,本文综述了各国与原子芯片相关的研究计划布局和主要应用进展,指出原子芯片走向实用面临的挑战性问题,并对其未来发展进行了展望.

李潇[2](2019)在《可独立寻址单原子阵列的集成化研究》文中认为单原子阵列作为高度可控的量子比特载体,能为量子相互作用的研究提供优良的物理平台,它的研究进展对于中性原子量子计算机的研制具有积极的推动作用。本论文以可独立寻址单原子阵列的集成化为目标,开展了单原子阵列芯片设计、原子芯片U型磁光阱、高分辨率物镜设计、单原子阵列囚禁与探测等相关的理论和实验研究,论文的主要工作和创新点如下:1.单原子阵列囚禁的方案设计。针对现有的利用激光驻波场和衍射场囚禁单原子阵列在寻址和装置稳定性方面的缺点,我们将光波导芯片和原子芯片相结合,设计了一套新型的可独立寻址单原子阵列囚禁的集成化实验方案,并对方案中的具体参数进行了优化,对加工后的器件进行了详细测试。在此设计之上,我们还进一步提出了包括独立寻址里德堡激发和基于微波态选择势的受控碰撞两种可行的量子操控方案。2.原子芯片U型磁光阱的实验实现。我们结合原子芯片顶部U型载流导线和偏置磁场来产生MOT四极磁场,搭建超高真空系统、激光稳频移频光路和控制系统实现了原子数为107量级的87Rb原子磁光阱囚禁,并通过优化四极磁场的分布将原子数提升了一倍。3.高分辨率成像物镜的设计。根据实验系统的需求,我们采用商用单透镜作为组成元素设计了一个用于冷原子实验的高分辨率成像物镜,物镜的数值孔径为0.44,工作距离可达35.9 mm,而且对于其他碱金属元素的激发波长和其他玻璃窗口厚度都具有很好的适用性。我们对物镜进行了光学测试和像差分析,并利用它成功地实现了对单个87Rb原子的囚禁与探测。4.单原子阵列的囚禁与探测。我们提出了一套新的基于多芯光纤的单原子阵列囚禁方案,分析了该方案在寻址、指向噪声抑制及原子操控方面的优势,并根据方案设计并加工了消色差聚焦物镜和7芯多芯光纤,物镜在780 nm和830 nm的色差仅为1.4μm,多芯光纤的纤芯距为40μm,最后,通过搭建新的真空系统和光路实现了间距约为11μm的87Rb单原子阵列的囚禁与探测。

马红玉,韩一平[3](2012)在《高频原子波导中冷原子的磁导引》文中进行了进一步梳理建立了高频原子波导模型,分析了铷冷原子在该波导内与磁场的相互作用势。高频波导线圈输入电流,在线圈中心轴线区域的势阱深度为mK量级,在线圈的径向能对温度为100μK左右的冷原子实现囚禁。通过分析可知改变输入波导线圈的输入电流大小,可改变势场的大小。计算了进入高频原子波导的冷原子和波导磁场产生相互作用束缚力的大小。在波导轴线中心区域,原子受到的束缚力较大,最大为1.7×10-23N,为原子所受重力的10倍。

吴明眼[4](2011)在《#-形载流导线加偏磁场可控原子磁囚禁》文中指出由于塞曼效应,中性原子的磁囚禁原理是基于原子的磁偶极矩与磁阱的非均匀磁场之间的相互作用势;当相互作用势为负时,原子将受到一个吸引力的作用,处于强场搜寻态的原子将被吸引到磁场最大的囚禁中心(交流磁囚禁);而当相互作用势为正时,原子将受到一个排斥力的作用,处于弱场搜寻态的原子将被推向磁场最小的囚禁中心(静磁囚禁),从而实现冷原子的三维磁囚禁。本文提出了一种新颖的采用#形载流导线加偏磁场相互作用的实现中性冷原子磁囚禁的双阱或四阱方案:通过改变外加偏磁场的大小与方向,可将囚禁中心由一个分裂为两个或四个,反之亦然。详细计算和分析了上述载流导线磁场的空间分布,研究发现在导线中通以较小的电流并附加一定的偏置磁场,即可在基底表面上方50微米附近产生磁场零点或磁场最小值。并且通过改变外加偏置磁场的大小和方向,即可实现中性冷原子的双阱磁囚禁或四阱磁囚禁。最后,采用经典Monte-Carlo方法,模拟了冷原子团磁囚禁的动力学过程,验证了本方案双阱磁囚禁或四阱磁囚禁的可行性。所以,本文提出的该方案不仅适用于制备双样品或四样品磁光囚禁(MOT),还可用于研究中性原子的冷碰撞等。

倪晓坚,蔡体菁[5](2011)在《冷原子导引囚禁磁场的计算及分析》文中指出为了研究冷原子在磁导引中的运动规律,设计优化导体结构、电流和偏置磁场,本文根据毕奥-萨伐尔定律计算理想化导体的常规数值解,并由Matlab和ⅤC混合编程设计出导线磁场计算工具;根据麦克斯韦方程组选择Ansoft Maxwell计算宽导线、复杂结构导体、通交变电流等情况的有限元数值解。取宽度为100μm,高度为10μm的宽导线,计算离导线表面不同距离处的磁场值;计算Ⅴ型波导平板夹角为30度和90度的磁场;比较交流Ioffe磁阱的横向与斜向磁场分布。计算结果表明:在100μm以下宽导线磁场与理想值偏离;两种角度下Ⅴ型波导的磁阱中心高度为1.55mm和0.4mm;距离交流Ioffe中心2.3mm处的横向磁场大小是0.64G,斜向是1.68G。得出以下结论:在距离宽导线表面宽度值以下时需要考虑尺度因素;Ⅴ型磁导引平板夹角越小产生的磁阱高度越高;Ioffe交流磁阱的斜向阱深大于横向。

沈星茂,吴明眼,刘南春[6](2011)在《偏磁场可控平行载流导线冷原子分束器》文中认为提出了一种采用平行载流导线的偏磁场可控的中性冷原子磁导引方案,计算了不同横向偏置磁场Bbx情况下的横截面磁场分布,讨论了磁阱中心位置的变化,可以实现单通道或双通道可控磁导引。在此方案基础上,构建了一种利用纵向均匀偏置磁场Bby实现可控分束比的冷原子分束器方案,计算了横向磁阱的分布,给出了分束器的磁场等高面分布,并采用经典Monte-Carlo方法,模拟了冷原子在原子分束器中的动力学过程,得到了可调分束比的结果,验证了该方案的可行性。当纵向均匀偏置磁场Bby从-0.005 G增加到0.005 G时,左右输出端的分束比从0.9/0.1变化到0.1/0.9。

倪晓坚,蔡体菁[7](2010)在《多导线对称分布原子磁分束器和干涉仪设计分析》文中认为提出了采用多根对称分布载流导线构成原子分束器的方法,包括三导线和四导线磁导引。阐述了原子分束器的分束机制。用Ansoft Maxwell 2D软件计算给出了部分载流导线移动到不同位置时的磁场分布图。通过分析了导引中心的变化,发现只要通过改变载流导线之间的相对位置就可以来实现从单路到双路导引和三路导引的转换。由此分别设计由3根对称分布载流导线构成的原子双路分束器和4根对称分布载流导线构成三路分束器,然后运用Monte Carlo方法模拟验证其原子分束功能。最后以三线对称分布分束器为基础构成。Mach-Zehnder。原子磁干涉仪。

沈星茂[8](2010)在《采用载流导线的偏磁场可控原子磁导引及其原子光学器件》文中研究指明本文简单介绍了中性原子导引的研究背景及其发展,论述了中性冷原子磁导引的基本原理,并介绍了几种磁导引方案和中性原子导引技术的一些应用。本文提出了一种采用载流导线的偏磁场可控的中性原子磁导引的新方案,计算了不同偏磁场情况下磁场和阱深在导引中心处的横向分布,发现既可以实现单通道原子磁导引,也可以实现双通道原子磁导引,偏磁场的大小决定了磁导引通道的数目。本文提出采用此方案构建的各种原子光学器件,原子漏斗,原子分束器和原子干涉仪,并进行了简单的分析。本文提出了一种采用在y方向附加偏置磁场的方法来实现分束比可调的原子分束器方案,并从横向磁场分布和导引中心轨迹两个方面,详细讨论了采用载流导线的偏磁场可控原子分束器的分束机制。最后,采用经典Monte-Carlo方法,模拟了冷原子束在原子分束器中分束的动力学过程,验证了原子分束器方案的可行性,简单分析了导引过程中原子束的横向加热效应。

夏勇[9](2006)在《中性分子的激光聚焦与静电导引》文中指出由于冷分子具有非常丰富的内态结构,可以应用到分子的精密光谱测量、冷分子碰撞、量子信息处理等方面,冷分子的产生和应用的研究得到了快速的发展。本文首先综述了中性分子的冷却、囚禁及其操控的原理、实验及其最新进展;其次,我们提出了产生聚焦空心光束的实验方案,讨论了它在原子分子光学中的应用。再次,就“极性冷分子静电导引”进行了系统的理论和实验研究;最后,就本文的研究工作进行了总结,并就本课题的未来研究进行了展望。 本文研究了一种产生聚焦空心光束的实验方案,讨论了它在原子分子光学中的应用。因为这种聚焦的中空光束在它的焦平面上有很小的DSS(暗斑尺寸),它能够用来聚焦原子束(或分子束)以形成原子(或分子)透镜,由于在焦点附近具有绝对高的强度梯度,通过Sisyphus强度梯度冷却来冷却和囚禁中性原子,还可以用来研究冷原子在聚焦中空光束中的绝热压缩和绝热膨胀的过程。同时研究发现,在焦平面上,聚焦中空光束的DSS越小,光学势越大,对应的最佳失谐量δ越大,越有利于形成原子透镜。因为这不仅容易得到较高分辨率的原子透镜,而且还可以减少在聚焦中空光束中原子的自发辐射和光子散射效应。 本文提出了一种在芯片表面实现极性冷分子静电导引的新方案。我们计算了芯片表面的空间电场强度的分布,分析了静电导引系统的不同的几何参数和电场强度(最大有效囚禁势、梯度力)之间的关系。我们的研究表明,在绝缘介质表面产生的空心静电导管可以沿着z方向导引弱场搜寻态的极性分子,可以得到较高的导引效率。当导体棒之间的半宽度a较小,半径r0较大,与接地平板之间的距离b较小时,导引电压越大,最大横向有效囚禁势越大,对极性冷分子的横向约束就会越紧,在空心静电导管中导引冷分子的平均直径(也即平均横向运动范围)越小。在一定条件下,特别当平均直径接近丁冷分子的德布罗意波长时,有可能实现冷分子的单模波导。甚至可以采用弯曲静电导引来产生一束连续的冷的极性分子束。而且我们研究的静电导引方案同样也可以用来构建各种不同的分子光学器件:如分子漏斗,分子分束器和分子干涉仪等。 本文在实验上测量了丙酮、氰气和重水超声分子束纵向和横向的速度分布。研究发现超声分子束的纵向平动温度随着脉冲阀宽度的减小而减小。我们实验研

代萌,印建平[10](2005)在《原子漏斗及其应用》文中指出文章简单介绍了磁、光原子漏斗的基本原理,详细综述了各种原子漏斗方案及其实验结果.这些漏斗方案主要包括采用红失谐高斯光束、蓝失谐消逝波光场和空心光束串联而成的光学原子漏斗,采用载流导线的静磁原子漏斗以及采用磁光凝胶构成的磁光原子漏斗.文章最后还简单介绍了原子漏斗在原子光学领域中的潜在应用.

二、采用U-型载流导体的原子磁导引及其原子光学器件(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、采用U-型载流导体的原子磁导引及其原子光学器件(论文提纲范文)

(1)原子芯片的基本原理、关键技术及研究进展(论文提纲范文)

1 引言
2 原子芯片上原子操控的基本原理
    2.1 原子芯片上的微势阱
    2.2 原子芯片上的导引
3 原子芯片的关键实现技术
    3.1 原子芯片的设计与制备工艺
    3.2 原子芯片的测试
    3.3 原子芯片上冷原子的操控
    3.4 集成原子芯片
4 原子芯片的主要进展
    4.1 各国有关原子芯片技术的计划与项目
    4.2 原子芯片的应用
        1)冷原子干涉陀螺仪
        2)冷原子干涉重力仪
        3)量子信息处理、计算与模拟相关应用
        4)其他精密测量应用与基础研究
5 总结和展望
    5.1 亟待解决的问题
    5.2 未来展望

(2)可独立寻址单原子阵列的集成化研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 引言
    1.1 可独立寻址的单原子阵列
    1.2 原子芯片
    1.3 光波导技术
    1.4 论文研究内容
2 基础理论与基本概念
    2.1 原子与光场相互作用
    2.2 激光冷却
    2.3 单原子偶极阱囚禁
    2.4 原子与磁场相互作用
3 单原子阵列芯片的设计与加工
    3.1 设计背景
    3.2 总体设计思路
    3.3 平面光波导芯片
    3.4 聚焦微透镜
    3.5 原子芯片
    3.6 单原子芯片上的量子操控方案
    3.7 本章小结
4 原子芯片U型磁光阱
    4.1 真空系统
    4.2 激光系统
    4.3 磁场系统
    4.4 控制系统
    4.5 镜面U型磁光阱(U-MOT)
    4.6 本章小结
5 高分辨率成像物镜
    5.1 设计背景
    5.2 物镜的设计与装配
    5.3 物镜的光学测试
    5.4 单原子的囚禁与探测
    5.5 本章小结
6 基于多芯光纤的单原子阵列囚禁
    6.1 方案设计
    6.2 消色差物镜
    6.3 多芯光纤的结构设计与测试
    6.4 单原子阵列的囚禁与探测
    6.5 本章小结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间成果目录
附录2 单原子装载蒙特卡洛模拟
附录3 载流导线磁场计算
    附录3.1 有限长细导线
    附录3.2 有限长有限宽度方形导线
附录4 NA=0.36 成像物镜参数

(3)高频原子波导中冷原子的磁导引(论文提纲范文)

1 波导模型
2 理论分析
3 结 论

(4)#-形载流导线加偏磁场可控原子磁囚禁(论文提纲范文)

中文摘要
Abstract
第一章 载流导线中性原子磁囚禁简介
    1.1 引言
    1.2 中性原子磁囚禁简介
        1.2.1 单根载流导线磁囚禁
        1.2.2 可控圆形载流导线双阱磁光囚禁
        1.2.3 微原子芯片上冷原子的U-形磁光囚禁
        1.2.4 U 型或Z 型载流导线微磁阱
        1.2.5 载流导线磁囚禁双阱方案
    1.3 原子囚禁的应用
        1.3.1 波色-爱因斯坦凝聚
        1.3.2 原子芯片
    参考文献
第二章 偏磁场可控原子磁囚禁
    2.1 引言
    2.2 偏磁场可控平行载流导线磁导引及其原子分束器
    2.3 #形载流导线磁囚禁方案及磁场分布的计算与理论分析
        2.3.1 #形载流导线磁囚禁方案
        2.3.2 #形载流导线磁场分布的计算与理论分析
        2.3.3 不同偏置场情况下磁场沿各轴向的理论分析
        2.3.4 单阱和双阱时磁场分布、场梯度与曲率及其囚禁势的理论计算与分析
        2.3.5 囚禁中心间距及高度与偏磁场的关系
        2.3.6 不同偏置磁场情况下原子的受力分析
    参考文献
第三章 原子磁囚禁及其经典Monte-Carlo 模拟
    3.1 引言
    3.2 偏磁场可控原子磁囚禁的囚禁机制
    3.3 囚禁过程的经典Monte-Carlo 模拟
    3.4 #形载流导线磁囚禁的潜在应用
        3.4.1 双样品或四样品磁光囚禁的实验研究
        3.4.2 双样品或四样品冷原子碰撞的实验研究
    参考文献
第四章 总结
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

(5)冷原子导引囚禁磁场的计算及分析(论文提纲范文)

0 引言
1 原子与磁场的相互作用
2 理想导体磁场的计算
    2.1 毕奥一萨伐尔定律计算磁场的原理
    2.2 Matlab与VC混合编程的实现
3 复杂导体磁场的计算及分析
    3.1尺度因素
    3.2 复杂结构导线磁场的计算
    3.3 通交变电流的导线磁场的计算
3结论

(7)多导线对称分布原子磁分束器和干涉仪设计分析(论文提纲范文)

0 引言
1 多线对称原子分束器理论计算分析
    1.1 三导线对称分布原子分束器
    1.2 四导线对称分布原子分束器
2 蒙特卡罗模拟验证
3 原子磁干涉仪的构成
4 结论

(8)采用载流导线的偏磁场可控原子磁导引及其原子光学器件(论文提纲范文)

中文摘要
Abstract
第一章 中性原子磁导引简介
    1.1 引言
    1.2 原子磁导引的基本原理
    1.3 原子磁导引简介(采用载流导线)
        1.3.1 单根载流导线磁导引
        1.3.2 两根同向载流导线磁导引
        1.3.3 共面成对异向载流导线磁导引
        1.3.4 四根环状载流导线磁导引
    1.4 磁导引的应用
        1.4.1 原子芯片
        1.4.2 原子分束器
    参考文献
第二章 偏磁场可控原子磁导引及原子光学器件
    2.1 引言
    2.2 可控双通道原子磁导引方案磁场分布的计算与理论分析
    2.3 偏磁场可控原子分束器
        2.3.1 偏磁场可控原子分束器方案
        2.3.2 原子分束器中原子的受力分析
    2.4 原子漏斗
    2.5 原子干涉仪
    参考文献
第三章 偏磁场可控原子分束器及其经典 Monte-Carlo 模拟
    3.1 引言
    3.2 偏磁场可控原子分束器的分束机制
    3.3 可控分束比
    3.4 分束过程的经典Monte-Carlo 模拟
    参考文献
第四章 总结
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

(9)中性分子的激光聚焦与静电导引(论文提纲范文)

论文摘要
英文摘要
第一章 中性分子的冷却、囚禁与操控
    1.1 引言
    1.2 中性分子的静电、静磁和光操控原理
    1.3 中性分子的冷却
    1.4 中性分子的囚禁
    1.5 中性分子的操控(包括导引,反射,聚焦,衍射与干涉)
    参考文献
第二章 聚集空心光束的产生及其在原子分子光学中的应用
    2.1 引言
    2.2 聚焦空心光束的产生方案
    2.3 聚焦空心光束在自由空间的传播特性
    2.4 聚焦空心光束在焦平面上的聚焦特性
    2.5 聚焦空心光束在原子分子光学中的潜在应用
    2.6 本章小结
    参考文献
第三章 超声分子束的理论及其实验研究
    3.1 引言
    3.2 超声分子束形成的基本原理及其相关理论
    3.3 超声分子束的实验研究(包括实验装置、测量方法与实验结果)
    3.4 超声分子束纵向平动温度与脉冲宽度的关系
    3.5 本章小结
    参考文献
第四章 极性分子的选态和聚焦
    4.1 引言
    4.2 中极性分子在静电场中的STARK效应
    4.3 六极杆(静电六极透镜)的选态和聚焦作用
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 极性冷分子的静电表面导引及其应用
    5.1 引言
    5.2 原理性方案与公式推导
    5.3 理论计算与分析
    5.4 潜在应用:分子光学器件
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 D_2O冷分子静电导引的实验研究
    6.1 引言
    6.2 静电导引的实验装置与静电导管的空间电场分布
    6.3 实验结果与分析讨论
    6.4 本章小结
    参考文献
第七章 D_2O/CH_3Br冷分子在芯片表面静电导引的理论与实验研究
    7.1 引言
    7.2 分子导引效率的理论计算及其Monte-Carlo模拟
    7.3分子导引效率的理论计算
    7.4 实验研究与结果分析
    7.5 本章小结
    参考文献
第八章 总结与展望
    8.1 工作总结
    8.2 本文的创新之处和今后工作的展望
附录: 博士研究生阶段发表与待发表的论文目录
致谢

四、采用U-型载流导体的原子磁导引及其原子光学器件(论文参考文献)

  • [1]原子芯片的基本原理、关键技术及研究进展[J]. 李沫,陈飞良,罗小嘉,杨丽君,张健. 物理学报, 2021(02)
  • [2]可独立寻址单原子阵列的集成化研究[D]. 李潇. 华中科技大学, 2019(06)
  • [3]高频原子波导中冷原子的磁导引[J]. 马红玉,韩一平. 强激光与粒子束, 2012(07)
  • [4]#-形载流导线加偏磁场可控原子磁囚禁[D]. 吴明眼. 苏州大学, 2011(06)
  • [5]冷原子导引囚禁磁场的计算及分析[J]. 倪晓坚,蔡体菁. 导航与控制, 2011(01)
  • [6]偏磁场可控平行载流导线冷原子分束器[J]. 沈星茂,吴明眼,刘南春. 量子电子学报, 2011(01)
  • [7]多导线对称分布原子磁分束器和干涉仪设计分析[J]. 倪晓坚,蔡体菁. 导航与控制, 2010(03)
  • [8]采用载流导线的偏磁场可控原子磁导引及其原子光学器件[D]. 沈星茂. 苏州大学, 2010(01)
  • [9]中性分子的激光聚焦与静电导引[D]. 夏勇. 华东师范大学, 2006(03)
  • [10]原子漏斗及其应用[J]. 代萌,印建平. 物理, 2005(07)

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U型载流导体原子磁导及其原子光学器件
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