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采用2π相位板产生聚焦的空心光束及其在原子分子光学中的应用

夏勇  尹亚玲  刘金明  印建平  
【摘要】:本文提出采用2π相位板产生聚焦的空心光束的新方案。当一束准直的高斯光束通过具有2 π位相分布的相位板和薄透镜时,这会导致在入射高斯光束中心的完全和部分的相消衍射效应, 在透镜后就会形成一束具有高斯剖面分布的聚焦的空心光束(FHB)。根据菲涅耳衍射理论,我们数值计算了傍轴近似条件下聚焦空心光束场分布。发现在焦平面之前有一个很有趣的传播性质,随着传播距离z的增加,这种聚焦空心光束的暗斑尺寸(DSS)先变大然后再变小,最大的暗斑尺寸的位置在z=-f/2处。当选择较大的入射准直高斯光束的束腰w0和较小的薄透镜的焦距f,可以在焦点上产生很小的DSS(或束半径R0),甚至可以接近衍射极限。经过焦点后,这种聚焦空心光束会以一定的角度发散,它的暗斑尺寸会变得越来越大,光强度变得越来越弱。研究结果表明这种FHB在焦点附近就有极高的强度梯度,可以通过强度梯度感应的Sisyphus 冷却来冷却和囚禁中性原子,它还可以用来导引和聚焦冷分子。还讨论了这种蓝失谐聚焦空心光束的可能应用。这种蓝失谐聚焦空心光束还可以形成可控制的双光阱。如果使用一对交叉的蓝失谐的聚焦空心光束,在焦点附近,一种新颖的对中性原子光偶极囚禁会形成。还可以用来研究冷原子在聚焦的空心光束中的绝热压缩和绝热膨胀的过程。由于这种聚焦中空光束在它的焦平面上有很小的DSS,它能够用来聚焦原子束以形成原子透镜。在焦平面上,聚焦空心光束的DSS越小,光学势越大,对应的最佳的失谐量δ越大,越有利于形成原子透镜。因为这不仅容易得到高分辨率的原子透镜,而且还可以减少在聚焦空心光束中原子的自发辐射和光子的散射效应。同时还考虑了各项象差对聚焦85Rb原子束分辨率的影响。在取了合适的参数后,我们得到了聚焦的85Rb原子束的焦距有最小值f=3.88um,这种原子透镜的分辨率估计大约6 angstoms左右。这种原子透镜在高分辨率原子光刻等方面有着潜在的应用前景。

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