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利用空心金属波导的原子单模波导

王正岭  印建平  
【摘要】:目前主要有两大类激光导引原子的方法:一类是利用空心的光学纤维来实现冷原子的导引,另一类是利用激光束直接导引原子。我们提出了一种利用空心金属波导中空模式的原子单模波导的新方案:一束准直高斯光束经过2π位相板和透镜后产生一束聚焦的空心光束,聚焦的空心光束一方面用于有效激发产生空心金属波导中的TE01空心模式,另一方面用作一原子漏斗实现冷原子从磁光阱到TE01空心模式的有效装载,以实现冷原子在蓝失谐TE01空心模式中的激光导引。采用圆偏振聚焦空心光束来实现模式匹配,以有效地耦合并在空心金属波导中激发TE01模式,并有效地抑制空心金属波导中EH11高斯模式。我们计算了空心金属波导中各种波导模的场强分布及其光强分布,并针对不同波导尺寸和材料详细讨论了不同模式的传播损耗,提出了抑制其他模式(主要是EH11 高斯模式)传播的方法:利用模式匹配的耦合激发和金属波导材料的合理选择,使得高斯模式的传播损耗急剧增大,而同时TE01模式的传播损耗保持很小,甚至可以忽略不计。对于用一阶贝塞尔函数表示的TE01模,我们根据它的电场表达式和模式功率求出了它的解析解,精确地得到了波导中任意传播距离处的绝对光强。以(?)Rb原子为例.我们计算了不同失谐量下TE01模对原子的光学势和自发辐射率。我们还计算了原子在导引过程中的直导引和弯曲导引效率,并讨论了自发辐射、背景热原子碰撞、非绝热跃纤等损耗机制。研究发现在一定的条件下,本方案具有高囚禁势、低自发辐射率的特点,发现利用空心金属波导中的一个蓝失谐空心模式来导引冷原子具有较高的导引效率,它不仅保留了空心光纤的柔软性,可方便地用于任意形状的计算机控制的原子刻印,甚至用于连续冷分子束的产生,而且保留了蓝失谐空心光束原子导引的优点,在空心模式中导引的冷原子所受到的光学加热效应非常小,同时使用的空心金属波导的空心尺寸(约为几十个微米)较大,使得空心波导内的真空度也可大大提高。这样的冷原子导引方案将在原子分子光学乃至半导体工业等领域中有着广阔的应用前景。由于原子横向运动范围和原子物质波的波长相当,因此这可以用来实现原子物质波的单模波导。

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