技術領域

本發明涉及超冷分子制備及測量技術，具體是一種直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法和裝置。

背景技術

激光自誕生以來，由于其具有良好的單色性、方向性和相干性，因而被廣泛應用于工業、軍事、通信和科學研究等諸多領域。特別是以獲得諾貝爾物理學獎的激光冷卻原子和原子的玻色愛因斯坦凝聚的研究作為里程碑標志，開拓了原子、分子和光物理研究的新領域。從激光冷卻原子到激光冷卻分子，這是極其自然的想法。但即使是最簡單的雙原子分子，其振轉能級結構也相當復雜，像原子一樣在封閉的二能級系統中循環躍遷實現分子冷卻幾乎是不可能的。為此，對超冷分子的研究呈現出前所未有的挑戰性，同時也開辟出許多新的研究領域：分子的超高分辨光譜、分子的操控、超冷化學、量子信息處理和量子計算。

在目前可獲得超冷基態雙原子分子的元素中，超冷基態雙原子銫分子最受人們的關注。這主要是由于銫原子對時間標準的貢獻和它較易操控的內部電子能級結構。目前，制備及測量超冷基態雙原子銫分子的方法主要包括超冷銫原子的費氏巴赫共振冷卻方法和超冷銫原子的光締合方法。超冷銫原子的費氏巴赫共振冷卻方法是指：利用激光冷卻原子并獲得超冷銫原子的基礎上，通過外加磁場將兩個處于散射態的原子變成一個處于束縛態的超冷基態雙原子銫分子。該方法對超冷銫原子的溫度要求極高（通常要求溫度低于1uK），且形成的超冷基態雙原子銫分子能級高、束縛弱，極易分解成兩個原子。超冷銫原子的光締合方法是指：被囚禁于磁光阱中的超冷銫原子在光締合激光的作用下，一對基態的相互碰撞的超冷銫原子共振吸收一個光締合光子（該光子的頻率負失諧于原子的共振躍遷線），形成某一振轉能級的激發態分子，然后通過自發輻射或受激輻射形成穩定的超冷基態雙原子銫分子。然而，由自發輻射所形成的超冷基態雙原子銫分子產率很低，必須在高真空的磁光阱中利用飛行時間質譜技術才能測量到，而測量過程通常會對超冷基態雙原子銫分子造成破壞。受激輻射雖然可以大大提高超冷基態雙原子銫分子的產率，但是需要將光締合激光和受激輻射的激光進行相干的鎖定，技術難度很大。基于此，有必要發明一種全新的制備及測量超冷基態雙原子銫分子的技術，以解決現有超冷基態雙原子銫分子制備及測量技術對超冷銫原子的溫度要求高、形成的超冷基態雙原子銫分子易分解成兩個原子、超冷基態雙原子銫分子產率低、測量過程中會對已形成的超冷基態雙原子銫分子造成破壞、以及技術難度大的問題。

發明內容

本發明為了解決現有超冷基態雙原子銫分子制備及測量技術對超冷銫原子的溫度要求高、形成的超冷基態雙原子銫分子易分解成兩個原子、超冷基態雙原子銫分子產率低、測量過程中會對已形成的超冷基態雙原子銫分子造成破壞、以及技術難度大的問題，提供了一種直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法和裝置。

本發明是采用如下技術方案實現的：直接產生超冷基態雙原子銫分子及其測量的方法，該方法是采用如下步驟實現的：a.用磁光阱將銫原子冷卻形成超冷銫原子，并將超冷銫原子囚禁于高真空石英玻璃泡中；b.將光締合激光入射到高真空石英玻璃泡中，高真空石英玻璃泡中的超冷銫原子在光締合激光的作用下形成長程激發態雙原子銫分子；所形成的長程激發態雙原子銫分子處于具有雙勢阱結構的勢能曲線的外勢阱中；c.處于外勢阱中的長程激發態雙原子銫分子由外勢阱隧穿到內勢阱中形成短程激發態雙原子銫分子；短程激發態雙原子銫分子經自發輻射形成基態雙原子銫分子，輻射過程中產生熒光；d.用透鏡收集熒光，并對收集到的熒光進行整形使之變成平行光束；然后用熒光探測裝置對其進行探測。

所述步驟a-b中，超冷銫原子處于????????????????????????????????????????????????態；所述步驟b中，光締合激光的頻率負失諧于銫原子躍遷線6.2cm-1；所形成的長程激發態雙原子銫分子處于具有雙勢阱結構的態的勢能曲線的外勢阱中；所述步驟c中，熒光的波段在835nm附近。