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第一章 导言1

1.1 历史概述1

1.2 激光冷却与陷俘原子的重要意义和应用前景5

1.3 本书的体例10

参考文献14

第二章 光与原子的相互作用18

2.1 辐射场的描述18

2.1.1 经典描述18

2.1.2 量子描述22

2.2 原子状态的描述26

2.2.1 原子能态的量子数描述27

2.2.2 碱金属和碱土金属的原子能级31

2.2.3 塞曼效应与斯塔克效应36

2.2.4 能级跃迁和选择定则41

2.3 跃迁概率43

2.3.1 孤立二能级的跃迁概率43

2.3.2 有弛豫作用下的稳态跃迁概率47

2.3.3 自发跃迁和受激跃迁49

2.3.4 非浸渐跃迁及其跃迁概率52

2.4 吸收和色散58

2.4.1 密度矩阵58

2.4.2 光学布洛赫方程和原子极化率60

2.4.3 吸收和色散65

2.5 谱线的增宽和位移68

2.5.1 饱和与饱和增宽68

2.5.2 多普勒频移与增宽，反冲频移71

2.5.3 光位移75

2.5.4 谱线的其他辐射增宽与频移79

2.6 光抽运81

2.6.1 光抽运与光极化81

2.6.2 暗态86

参考文献87

第三章 光场对原子的作用力90

3.1 电磁场对物体的作用力，光压90

3.2 计算辐射场对原子作用力的出发点92

3.3 静止二能级原子在光场中所受的散射力和偶极力97

3.3.1 静止二能级原子所受光场力的一般表达式97

3.3.2 散射力和偶极力101

3.4 运动原子所受的光场作用力110

3.4.1 平面波情况110

3.4.2 驻波场情况112

参考文献117

第四章 原子束的激光操控118

4.1 原子束的激光减速——基本方法118

4.1.1 连续补偿多普勒频移的方法119

4.1.2 克服光抽运效应的方法126

4.2 原子束的激光减速——实验结果128

4.2.1 激光频率扫描实验128

4.2.2 塞曼与斯塔克减速实验136

4.2.3 漫射光减速实验143

4.2.4 宽频带光减速实验144

4.2.5 碱土金属原子束减速实验147

4.3 原子束的激光准直151

4.4 原子束的激光偏转和沟道化158

参考文献165

第五章 光学黏团171

5.1 光学黏团及其实验171

5.2 光学黏团温度的测量175

5.2.1 飞行时间测量温度法175

5.2.2 飞行时间信号的拟合179

5.3 多普勒冷却极限182

5.3.1 光学黏团中原子运动的描述182

5.3.2 多普勒冷却极限温度的推导187

5.3.3 对激光冷却极限的讨论189

5.4 多普勒冷却极限的打破192

参考文献194

第六章 亚多普勒冷却197

6.1 偏振梯度冷却——一般亚多普勒冷却的理论解释197

6.1.1 偏振梯度冷却的物理图像197

6.1.2 偏振方向相互垂直的光场中的偏振梯度冷却200

6.1.3 圆偏振光场中原子的偏振梯度冷却209

6.1.4 偏振梯度冷却的讨论215

6.2 磁感应激光冷却217

6.2.1 弱磁场中的磁感应激光冷却217

6.2.2 强磁场中的磁感应激光冷却220

6.3 亚多普勒冷却的一般理论223

6.4 速度选择相干布居陷俘227

6.4.1 相干布居陷俘227

6.4.2 速度选择相干布居陷俘229

6.5 拉曼跃迁致冷236

6.5.1 拉曼跃迁速度选择236

6.5.2 拉曼冷却239

6.6 碱土金属原子的超低温冷却244

6.6.1 组间跃迁二级冷却244

6.6.2 用猝灭法实现组间跃迁的二级冷却251

6.6.3 双光子跃迁冷却方法256

参考文献259

第七章 中性原子的光学阱264

7.1 激光原子阱的发展概述264

7.2 偶极力阱268

7.2.1 偶极力的回顾与偶极力阱的一般讨论268

7.2.2 行波激光束270

7.2.3 驻波激光束，光格点277

7.2.4 隐失波光阱286

7.3 磁光阱291

7.3.1 磁光阱的工作原理291

7.3.2 磁光阱的实现297

7.3.3 磁光阱参数的估算与测量303

7.3.4 磁光阱中的原子行为与运动309

7.3.5 各种形式的磁光阱319

7.4 混合阱及其他326

参考文献327

第八章 激光冷却与陷俘原子的应用336

8.1 原子喷泉频率标准336

8.1.1 原子频率标准和原子喷泉的作用336

8.1.2 原子喷泉的实现341

8.1.3 原子喷泉频率基准的成就349

8.1.4 冷原子喷泉钟的进一步发展359

8.1.5 铷喷泉钟364

8.2 其他冷原子钟367

8.2.1 空间冷原子钟367

8.2.2 冷原子光钟374

8.3 原子干涉仪383

8.3.1 原子干涉现象概述383

8.3.2 内态干涉仪的一般分析389

8.3.3 Ramsey-Bordé分离场相互作用原子干涉仪397

8.3.4 脉冲激光的拉曼干涉仪403

8.4 原子光学与原子导引412

8.4.1 引言412

8.4.2 原子反射镜413

8.4.3 原子透镜416

8.4.4 高强原子束与原子刻印421

8.4.5 原子导引428

8.5 光镊433

8.5.1 光镊原理433

8.5.2 光镊装置439

8.5.3 光镊在生物学上的应用442

8.5.4 光镊的其他应用及技术的新进展448

参考文献449

第九章 静磁阱465

9.1 静磁阱的一般介绍465

9.2 四极型阱467

9.3 Ioffe-Pritchard阱474

9.4 QUIC阱481

9.5 微磁阱486

9.5.1 微磁阱技术的基本原理487

9.5.2 原子芯片的实现490

9.5.3 原子芯片对原子的操纵和导引492

参考文献496

第十章 蒸发冷却499

10.1 引言499

10.2 理论模型501

10.2.1 热平衡下陷俘原子气体的性质501

10.2.2 蒸发冷却的理论模型506

10.2.3 蒸发冷却的运动论模型511

10.3 蒸发冷却速率516

10.4 蒸发冷却的极限519

10.5 实验技术522

10.6 和应冷却526

参考文献529

第十一章 稀薄气体中玻色-爱因斯坦凝聚的实现531

11.1 BEC及其研究简史531

11.2 碱金属稀薄气体中实现BEC的实验综述537

11.3 北京大学小组的BEC实验547

11.3.1 磁光阱和静磁阱中的冷原子团547

11.3.2 系统参数的测量554

11.3.3 BEC的形成与判断562

11.3.4 多组分BEC体的产生566

11.4 BEC性质的研究568

11.5 原子激射器的实现581

11.5.1 BEC的输出耦合与原子激射器的实现582

11.5.2 北京大学小组的原子激射器实验586

11.5.3 长期连续原子激射器的探索587

11.6 原子激射束的性质、操控与可能应用591

参考文献597

第十二章 结语604

参考文献608

索引610