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《中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)》 2017年
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~(40)Ca~+的4P_(3/2)态分支比和魔幻波长特性研究

宋红芳  
【摘要】:精密测量物理学研究通过提高物理量的测量精度而发现新的物理现象。随着科技进步,科学家们采用越来越多的手段测量各种物理量,测量精度也不断提高。离子阱由于能长时间囚禁带电粒子,囚禁离子被置于超高真空环境中,离子与背景气体之间的碰撞几率很小。同时,通过激光冷却技术可以将离子温度降低到mK甚至是μK量级,因此,囚禁的冷离子是一个开展精密测量的非常好的研究体系,被广泛应用于光频标、精密光谱等。由于40Ca+具有简单的能级结构,而且进行相关的光谱实验所需的激光均可以通过半导体激光器直接获得,从而促进基于钙离子的精密测量研究的发展。作者在博士期间对40Ca+展开了相关精密测量工作,其中包括测量4P3/2态跃迁分支比和钟跃迁的ac-Stark频移随光偏振方向的变化关系。通过跃迁分支比的准确测量可以得到跃迁矩阵元;由此检验原子物理理论模型的准确性,从而促进相对论多体理论的发展;同时,对40Ca+跃迁分支比以及亚稳态寿命的准确的测量可以提高钟跃迁相关能级静态极化率的准确度,从而降低限制光频标中主要的黑体辐射频移的误差。ac-Stark频移是光频标评估中非常重要的一项系统误差来源。因此研究光场引入钟跃迁频移的特性有利于寻求适当的方式尽量减小误差大小。本论文对相关工作进行了详细阐述,主要包括以下几方面的内容:1.实验平台的搭建。包括超高真空系统、线形离子阱系统、激光系统、及荧光探测系统等的搭建,同时实现了对体系的磁场控制;2.40Ca+ 4P3/2态跃迁分支比的测量。通过计算机时序精确控制激光的开关,并采用光子计数手段采集不同激光作用下离子自发辐射的荧光数,从而获得了40Ca+4P3/2 态向 3D3/2、3D5/2 和 4S1/2 跃迁分支比分别为 0.9350(4)、0.0587(4)和0.0063(2),与国际上最近的实验和理论结果符合;3.研究了外加激光场引入的40Ca+钟跃迁(4S1/2,m=±1/2→3D5/2,m=±1/2)的频移随线偏振光的偏振方向变化的关系。发现外加光场引入的钟跃迁频移与激光偏振角度之间呈周期性变化关系。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O562

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