拉盖尔-高斯型激光场中原子所受光学偶极力研究

作     者：成飞 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：刘纪彩

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070203[理学-原子与分子物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：拉盖尔—高斯光束 三能级原子体系 光学偶极力 激光远场 

摘      要：利用光场和原子的偶极相互作用,可以实现对中性原子的导引、囚禁、分束等原子操控。目前,关于原子在激光场中所受光学偶极力的研究,大多采用具有单一空间结构的基横模高斯光束,而对具有复杂空间结构的拉盖尔-高斯光束与原子的相互作用研究相对较少。高阶拉盖尔-高斯光束由于其空间结构的复杂性,在原子的激光操纵和控制方面具有独特的优势。本文主要研究了拉盖尔-高斯光束传播一定距离后的光强、光学势的分布情况,以及三能级原子在该光束中的径向、角向和传播方向的受力情况。利用角谱分析法求得了沿x方向偏振的拉盖尔—高斯光束远场中的电场分布,再利用布洛赫方程得到三能级原子的光学偶极力表达式。当光束传播距离越来越远,原子在垂直于传播轴的横向平面内的受力范围变大,受力的极值越来越小。对于不同径向阶模数（LG0n）的拉盖尔—高斯光束,随着径向阶模数的变大,径向力的极值也变大,同时不再是单一的正值和负值。当失谐量均为正值时,径向力主要指向中心轴,角向偶极力在第一象限和第三象限方向为顺时针,在第二象限和第四象限方向为逆时针。当失谐量均为负值时,径向力主要背离中心轴,角向偶极力在第一象限和第三象限方向为逆时针,在第二象限和第四象限方向为顺时针。径向力和角向偶极力在横向平面的分布当中,不包括圆心在内,出现的节线圆数目分别为2n和n。其中,角向偶极力的大小远小于径向力。不同角向阶模数（LGm0）拉盖尔—高斯光束下原子所受径向光学偶极力的横向平面二维分布是关于x轴和y轴对称的。径向光学偶极力在横向平面出现的节线数目等于m,而且还存在一个节线圆,这主要因为电场在该位置达到最大值,梯度为0。另外,当失谐量均为正值时,径向力先正后负,当失谐量均为负值时,径向力先负后正。角向偶极力在横向平面分布关于中心对称,且出现的节线数目是2m。