Feshbach共振调控的光晶格束缚玻色-爱因斯坦凝聚体的局域场效应

作     者：舒丽莎 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董光炯

授予年度：2023年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：玻色-爱因斯坦凝聚体 光学Feshbach共振技术 局域场效应 光晶格 Bloch振荡 

摘      要：超冷原子气体以其精确性和可控性成为一个理想的研究平台,在精密测量、量子仿真、量子信息等领域有着广泛的应用。在许多相关的工作中,如何有效调控原子间的相互作用是取得突破性成果的关键,而Feshbach共振提供了技术支持。Feshbach共振包括磁学Feshbach(Magnetic Feshbach resonance,MFR)和光学Feshbach(Optical Feshbach resonance,OFR),前者利用磁场进行调控,后者则利用光场。OFR的优点在于可以实现对原子间相互作用的时空调控,且在实验上已成功实现亚微米空间尺度的OFR调控,但是实验拟合的光学长度的数值与理论值不一致(Phys.Rev.Lett.105,050405(2010))。MFR以其均匀的空间调控和较少的原子损耗等优点被广泛用于精密测量实验中,如利用MFR将原子间相互作用调至0,在光晶格中成功观察到了超过2万次的Bloch振荡,但该实验观测到了与理论不一致的退相干现象(Phys.Rev.Lett.100,080404(2008))。针对物质波光学与Feshbach共振相结合的应用研究中理论和实验不一致的问题,我们开展了理论研究。在以往的理论研究中忽略了超冷气体的局域场效应(Local field effect,LFE)。LFE是指作为量子介电材料的超冷气体会对光场的传播产生反作用,从而引起光晶格结构的变化。利用LFE可以研究新的物理效应,如自束缚量子液滴,自加速物质波孤子,原子和光的自发结晶等。目前为止,在Feshbach共振调控的物质波光学研究中,还没有考虑LFE。为此,在本论文中,我们将LFE和Feshbach共振调控的物质波光学研究相结合,解释了亚微米尺度OFR实验、MFR调控的Bloch振荡实验中理论和实验结果偏离的问题,得到了以下创新性结果:(1)在考虑LFE的亚微米尺度上的OFR调控中,我们发现可以通过LFE来减轻由分子受激辐射引起的原子损耗,特别是在分子共振的红失谐区域,其原子损耗显著地减少。此外,我们利用Green函数和Born高阶近似法,证实了由LFE校正的光场与OFR内的分子跃迁的耦合可以产生长程多体相互作用,而不是两体短程相互作用。最后,我们的计算结果证明,在亚微米空间尺度的OFR调控实验中,LFE是导致理论和实验之间差异的一个重要因素,LFE和OFR的结合是产生超越两体的长程相互作用的新方法。(2)我们研究了MFR调控的光晶格中的Bloch振荡,发现LFE会引起一个等效的原子间相互作用势。我们从理论分析和数值计算上证明了这一等效的相互作用势会带来光晶格中Bloch振荡的退相干现象。此外,由LFE引起的等效的原子间相互作用势整体上表现为吸引势,因此当原子间实际的相互作用为吸引(排斥),LFE会加剧(减缓)退相干效应。即使原子间相互作用可以忽略不计时,LFE也会带来量子退相干效应,这可以为一些实验带来新的理论解释,也对精密测量领域提出了更高的挑战。