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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