将冷原子、超快和强激光技术结合,本课题组最近成功研发了一种新型磁光阱反冲离子动量谱仪(MOTRIMS)装置。介绍了MOTRIMS工作原理,使用吸收成像法和光电离法对靶的密度、温度和速度进行分析标定,得到三维MOT靶的温度为(130±30) μK,速度为(0.1±0.1) m/s,密度约为10 9 atom/cm 3,二维MOT和molasses靶的密度分别约为10 7 atom/cm 3和10 8 atom/cm 3。对比热蒸气靶,在离子飞行方向上冷原子靶的动量分辨率提高了约14倍,飞行时间谱的质量分辨率高达3000。利用800 nm飞秒激光探测Rb +的三维动量分布,在低激光强度10 11 W/cm 2下观测到明显的阈上电离现象,表明铷原子有很大的阈上电离截面。MOTRIMS具有高分辨离子动量分布全空间成像能力,是研究金属原子强场量子微观动力学的新工具。

研究了双模SU(1,1)相干态光场与V型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)相互作用系统中光场的量子相关性质、振幅平方压缩效应和原子激光压缩效应。结果表明，双模SU(1,1)相干态光场各模的二阶相干度不随时间变化，光场各模光子是反聚束的，呈现非经典效应，光场两模相关性是非经典相关。光场具有周期性的振幅平方压缩效应，讨论了光场相关参数和原子相关参数对压缩深度、压缩频率的影响。双模原子激光不易压缩，压缩深度取决于光场初态。

应用全量子理论，通过求解系统的海森堡方程，研究了双模压缩相干态光场与二能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)相互作用系统中原子激光的压缩效应，讨论了原子-光场耦合系数，原子间相互作用强度对压缩频率、压缩深度的影响。结果表明，原子激光两个正交分量周期性地被压缩，压缩持续时间依赖于原子-光场耦合系数和原子间相互作用强度；最大压缩深度依赖于原子间相互作用强度和光场初始压缩因子。

利用全量子理论,研究了玻色-爱因斯坦凝聚原子与Schr?dinger猫态相互作用系统中, 光场和原子激光的压缩特性。 结果表明: 在系统中,偶相干态、奇相态分别与玻色-爱因斯坦凝聚原子相互作用,偶相干态、奇相态光场和原子激光均不呈现压缩效应。 而Yurke-Stoler相干态光场和原子激光呈现压缩效应。 在强场 (|a|=1)情况下,三种不同光场的两种压缩现象均不产生。 光场和原子激光的压缩特性主要受初始光强和耦合常数的影响。

从理论上提出了一种利用钠原子玻色-爱因斯坦凝聚体中Λ型三能级原子与一束较弱的压缩相干态探测光和一束较强的经典耦合光相互作用产生受激拉曼(Raman)跃迁制备压缩原子激光的方法,并研究了这种原子激光的压缩性质及其影响因素。结果表明,在一定条件下,通过这种方式制备的原子激光的量子涨落可以周期性地被压缩,其压缩深度决定于压缩态光场的初始压缩因子,而压缩周期与原子阱中的平均原子数、压缩态光场与超冷原子相互作用的强度及光场的失谐量有关。

The coherence of a squeezed sodium atom laser generated from a Raman output coupler, in which the sodium atoms in Bose-Einstein condensate (BEC) interact with two light beams consisting of a weaker squeezed coherent probe light and a stronger classical coupling light, is investigated. The results show that in the case of a large mean number of BEC atoms and a weaker probe light field, the atom laser is antibunching, and this atom laser is second-order coherent if the number of BEC atoms in traps is large enough.

基于全量子理论,分别研究了几种重要的光场作用下,从原子玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)体耦合输出的原子激光的量子相干特性。结果表明,粒子数态光场诱导的原子激光总是反聚束的,相干态光场诱导的原子激光是任意阶相干的,而压缩相干态光场诱导的原子激光总是聚束的。表明用光场诱导产生的原子激光具有与初始光场完全相同的量子相干性质。

为了开展大能量脉冲碘原子激光技术研究，采用氙灯抽运方法研制了一台电光激励光解碘激光器系统，并进行了相关的实验研究，获得了近700mJ的单脉冲激光能量。介绍了该激光器的原理和技术路线，对实验结果进行了比较分析。实验结果表明，这类激光器具有结构简单、输出能量高等特点，适用于工业加工、诊断技术等领域的应用。

单原子脉塞和单原子激光是腔量子电动力学研究的重要实验平台。本文综述关于几类单原子脉塞和单原子激光的研究工作，包括德国Walther小组的单原子脉塞、超冷原子注入的单原子脉塞，法国Haroche小组的腔量子电动力学系统、注入原子的单原子激光、以及囚禁原子和囚禁离子的单原子激光。我们介绍相关的理论工作、实验系统、以及主要结果。

研究了由单模压缩相干态光场与Ξ型三能级原子玻色爱因斯坦凝聚体(BEC)相互作用系统中耦合输出的双模原子激光的压缩特性,重点讨论了玻色爱因斯坦凝聚体原子间相互作用对原子激光压缩性质的影响,并讨论了原子激光压缩对光场初始压缩因子的依赖关系。结果表明：由光场诱导的双模原子激光呈现周期性的压缩,原子间的相互作用和光场初始压缩因子对原子的压缩性质具有重要影响。原子间的相互作用影响原子激光压缩的振荡频率而不会影响其压缩深度,而初始光场的压缩因子则对原子激光压缩深度产生调制作用,且初始光场的压缩因子越大,则原子激光压缩的时间越短。