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系統識別號 U0026-0812200911292054
論文名稱(中文) 在雷射冷凝銫原子中做原子躍遷的精密量測
論文名稱(英文) Precision Measurement of Atomic Transitions in Laser Trapped Cesium Atoms
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 物理學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生(中文) 呂美如
研究生(英文) Mei-Ju Lu
學號 l2692120
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 99頁
口試委員 口試委員-韓殿君
口試委員-李玉華
指導教授-蔡錦俊
中文關鍵字 雷射冷凝  銫原子  精密量測  碘分子超精細光譜  磁光阱 
英文關鍵字 precision measure  iodine  mot  cesium 
學科別分類
中文摘要   本實驗主要是應用雷射冷凝技術來建造銫原子磁光阱,並且在銫冷原子團中的|9d 2D3/2>、|9d 2D5/2>、|11s 2S1/2>、|10d 2D3/2>、|10d 2D5/2>等原子能階做精密量測。

  在10-9Torr的超高真空腔中,以磁光阱聚集冷原子團,其填充時間約是6 秒,在直徑2~5mm的原子團中,原子數可達107個,溫度約為100μK。我們將染料雷射引入冷原子團樣本,量測磁光阱中銫原子的螢光減少量,可以得到|9d 2D3/2>、|9d 2D5/2>、|11s 2S1/2>、|10d 2D3/2>、|10d 2D5/2>等原子能階位置。利用準確度小於3MHz,標準差約1.62MHz的碘分子超精細飽和吸收光譜做為頻率的標準尺,並在超低溫的冷原子團中,消除大部分的都卜勒效應,並縮小碰撞增加的譜線變寬與位移,這些能階的絕對能量準確度可達10MHz。在量測銫原子能階位置的過程中,實驗數據出現兩頻峰相距約20~30MHz的分裂,目前我們初步認定這應是電磁波引發透明效應。

  銫原子的標準量測可以幫助我們瞭解銫原子能階分怖情形,包括提高銫原子鐘的準確度,利用原子干涉量測重力加速度…等。



英文摘要  We used laser cooling technique to build a magneto-optical trap for cesium atoms. Precision measurement had been performed to determine the atomic energy levels of |9d 2D3/2>, |9d 2D5/2>, |11s 2S1/2>, |10d 2D3/2>, |10d
2D5/2> for the cold cesium atoms.

 Cesium atoms were loaded into the trap from a background vapor cell within a pressure of 10-9 Torr. The loading time was about 6 sec and about 107 cesium atoms were confined inside a sphere of 2~5 mm in diameter and the
temperature of cold atoms was about 100μK.

  The dye laser overlapped with the atom cloud to excite the cold cesium atoms to |9d 2D3/2>, |9d 2D5/2>, |11s 2S1/2>, |10d 2D3/2>, |10d 2D5/2> states. The signal was monitored by detecting the trap loss while changing the dye laser frequency. The line positions were measured by comparing observed spectrum with molecular iodine saturation absorption spectrum (accuracy <3MHz, std.~1.65MHz) to an accuracy of 10MHz. Doublet peaks splitting of 20 to 30 MHz appear on all lines which could be caused by the electromagnetic induced transparence.

 Precision measure plays an important role in many experiments on atom clock and atom interferometry.



論文目次 目錄
中文摘要…………………………………………………Ⅰ
英文摘要…………………………………………………Ⅱ
致謝………………………………………………………Ⅲ
目錄………………………………………………………Ⅴ
表目錄……………………………………………………Ⅷ
圖目錄……………………………………………………Ⅸ
第一章、雷射冷凝原理
1-1 雷射冷凝發展簡史…………………………………1
1-2 都卜勒冷卻…………………………………………2
1-3 磁光阱………………………………………………4
1-4 電磁波引發透明效應………………………………7
1-5 光結合光譜…………………………………………9
第二章、系統架設
2-1 真空系統
2-1-1 初抽系統………………………………11
2-1-2 主系統..………………………………11
2-2 光學系統
2-2-1 銫原子能階躍遷說明…………………15
2-2-2 雷射系統說明
2-2-2-1 MOT laser……………………………18
2-2-2-2 Repump Laser…………………………………21
2-2-2-3 Verdi-10, Dye Laser and AutoScan………22

2-2-3 雷射頻率控制
2-2-3-1 調頻-聲光調變晶體…………………24
2-2-3-2 無都卜勒效應飽和吸收光譜………26
2-2-3-3 鎖頻-旁頻鎖頻與峰值鎖頻……………31
2-2-4 光路架設..…………………………………33
2-2-5 碘分子超精細光譜…………………………37
2-3 磁場系統
2-3-1 主線圈…………………………………40
2-3-2 平衡線圈………………………………41
2-4 量測系統
2-4-1 螢光偵測系統…………………………42
2-4-2 程式控制………………………………44
第三章、實驗分析
3-1 銫冷原子團的Loading Time …………47
3-2 銫冷原子團原子數估算 …………………48
3-3 染料雷射掃瞄時的線性程度……………50
3-4 銫原子躍遷:9d 2D3/2、9d 2D5/2、11s 2S1/2、10d 2D3/2
、10d 2D5/2……………………55
3-5 銫原子躍遷-內部掃瞄與外部觸發掃瞄討論……69
第四章、結論……………………………………………74

參考文獻.....................................75
附錄一、JSPS 碘分子光譜地圖使用方式........................78
附錄二、Anti-Helmholtz Coils 磁場計算..................81
附錄三、電子電路...................................83
參考文獻 參考文獻
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  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2006-07-11起公開。
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