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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王士賓
研究生(外文):Shih-Pin Wang
論文名稱:磁光陷阱中銫原子的飛行時間量測
論文名稱(外文):Time of Flight Measurement of Cesium Magneto-Optical Trap
指導教授:蔡錦俊
指導教授(外文):Chin-Chun Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:物理學系碩博士班
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:38
中文關鍵詞:磁光陷阱
外文關鍵詞:magneto-optical trap
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摘要
雷射冷凝是一項研究原子分子相互間運動的技術。而我們在銫原子的研究上就是使用磁光陷阱(MOT)來捕捉並研究其物理特性。
在這實驗中我們嘗試對於被捕捉的銫原子團做溫度上的量測,而採用的方法為分析自由飛行所花的時間並觀測其飛行距離,由此可得其飛行速度而進一步得知相對應的溫度。
使用類比型CCD所得的分析數值銫原子在光學糖蜜下的速度為1.5㎝/s,相對應的溫度為3.6μK。但是在時間的解析度不足和擷取分析上有可能為觀測軸切面上的速度投影而已,如此所得的相對溫度數值應較其真實溫度小。因此未來實驗上會改進分析程式與擷取影像技術,而得到正確的溫度分布。
Abstract
Laser cooling and trapping is a novel technique to manipulate the neutral atoms and molecules. The cesium atom was loaded into the magneto-optical trap (MOT) for studying the physical properties of atoms at low temperature.
In this experiment, the temperature of cesium atoms within the optical molasses was taken by the time of flight method (TOF). The position was recorded when they were expanding inside the optical molasses. The velocity and therefore the temperature of cesium atoms can be calculated.
The velocity was about 1.5㎝/s corresponding to the temperature was about 3.6μK. This temperature is under estimate due to the time resolution (33ms) and the projection of atom cloud into the transverse section of the observe axis. We tried a digital CCD camera and measured the right timing from the computer controlled time sequence. However, no significant results yet.
目錄
摘要...................I
Abstract.................II
目錄...................III
表目錄..................V
圖目錄..................vI
第一章 簡介
 1.1 概要................1
第二章 雷射冷凝與捕捉
 2.1 磁光陷阱(MOT)理論 .........3
 2.2 銫原子物理性質...........7
 2.3 飛行時間的量測...........9
第三章 實驗系統
 3.1 二極體雷射.............11
 3.2 光學系統..............15
 3.3 四極化磁場.............16
 3.4 儀器時序控制與影像擷取
   3.4.1 儀器時序控制.........17
   3.4.2 影像擷取...........19
第四章 影像分析與實驗結果
 4.1 影像分析處理............24
 4.2 數位CCD與探測光子.........29
第五章 結論...............38
附錄...................一
參考文獻
表目錄
表1 銫原子物理性質............8
圖目錄
圖2.1 都卜勒效應示意圖..........4
圖2.2 基曼效應示意圖...........5
圖 2.3 磁場光場示意圖...........7
圖 2.4 銫原子D2 Line超精細能階分佈圖 ...9
圖 3.1 |6s2S1/2 F=4>的飽和吸收光譜 ...12
圖 3.2 磁光陷阱中銫原子頻率躍遷示意圖..13
圖 3.3 |6s2S1/2 F=3>的飽和吸收光譜 ...14
圖 3.4 聲光調變器............15
圖 3.5 磁光陷阱的光路徑安排.......17
圖 3.6 LabView程式面板示意圖......19
圖 3.7 光學糖蜜下銫原子飛行時間的時序控制20
圖 3.8 磁光陷阱偵測系統.........21
圖 3.9 CCD控制程式...........22
圖 3.10 利用吸收探測光子量測飛行時間...23
圖 4.1 錄製的影像分析..........24
圖 4.2 去除背景光後的影像........25
圖 4.3 分析單張影像...........26
圖 4.4 飛行時間分析...........27
圖 4.5 測試雷射對聲光調變器反應時間...29
圖 4.6 雷射光對聲光調變器反應時間量測..30
圖 4.7 射頻產生器對觸發訊號的反應時間..31
圖 4.8 射頻產生器對觸發訊號時間反應...32
圖 4.9 探測光子示意圖..........33
圖 4.10 使用探測光子測飛行時間的時序控制.34
圖 4.11 探測光子與銫原子團的影像擷取...35
圖 4.12 使用捕捉機制替代探測原子的時序控制36
圖 4.13 使用捕捉機制擷取的銫原子飛行時間影像37
參考文獻
[1] S. Chu, L. Hollberg, J. E. Bjorkholm, A. Cable, and A. Ashkin, “Three-dimensional riscous confinement and cooling of atoms by reasonance radiation pressure”, Phys. Rev. Lett. 55, 48-51 (1985).
[2] E. L. Raab, M. Prentiss, Alex Cable, Steven Chu, and D. E. Pritchard, “Trapping of Neutral Sodium Atoms with Radiation Pressure”, Phys. Rev. Lett. 59, 23, 2631 (1987).
[3] Carl Wieman, Gwenn Flowers, and Sarah Gilbert, “Inexpensive laser cooling and trapping experiment for undergraduate laboratories”, Am. J. Phys. 63, 4 (1995).
[4] A. M. Steane, M. Chowdhury, and C. J. Foot, “Radiation force in the magneto-optical trap”, J. Opt. Soc. Am. B9, 12 (1992).
[5] Jason Bowie, Jack Boyce, and Raymond Chiao, “Saturated-absorption spectroscopy of weak-field Zeeman splitting in rubidium”, J. Opt. Soc. Am. B12, 10, 1839 (1995).
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[9] C.Salomon, J.Dalibard, W. D. Phillips, A. Clairon, and S. Guellati, Europhys. Lett. 12, 683 (1990).
[10] D. Boiron, A. Michaud, P. Lemonde, Y. Castin, and C. Salomon,”Laser cooling of cesium atoms in gray optical molasses down to 1.1µK”, Phys. Rev. Lett. 53, 1542 (1995).
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