1、中性分子的冷卻、囚禁與操控是冷分子物理與分子光學的前沿研究課題之-。與原子相比,分子具有更加豐富的內(nèi)態(tài)結(jié)構(gòu),因此冷分子與超冷分子可廣泛用于基本物理問題的研究、基本物理常數(shù)的精密測量、分子冷碰撞性質(zhì)的研究、量子計算與量子信息處理以及冷化學的研究等。所以,分子光學研究有著十分重大的科學意義和廣闊的應用前景。近十年來,冷分子的產(chǎn)生和應用研究得到了快速的發(fā)展。本文首先綜述了中性分子的冷卻、囚禁與操控的基本原理、實驗研究及其最新進展；其次,討論了

2、脈沖超聲分子束和連續(xù)射流分子束產(chǎn)生的基本原理及其性能；接著,就中性分子的光學Stark減速進行了詳細的理論研究,并就半高斯光束構(gòu)成的分子反射鏡進行了理論分析；最后,就本文的研究工作進行了總結(jié),并就本課題的未來研究進行了展望。 本文提出了一種產(chǎn)生無衍射條紋的半高斯光束的新方案。我們采用空間光調(diào)制器破壞激光場的相干性,得到部分相干光,然后讓具有高斯分布的部分相干光通過半無限大平板得到無衍射條紋的半高斯光束。我們運用統(tǒng)計光學與衍射光學

3、的知識計算了該方案產(chǎn)生的半高斯光束的強度分布。 我們提出了采用半高斯光束實現(xiàn)中性分子光學Stark減速器的二種新方案：即采用單級準連續(xù)的半高斯光束減速連續(xù)分子束和采用靜電存儲環(huán)和半高斯柬的多級光學減速脈沖分子束的Stark減速方案。利用Monte-Carlo方法研究了半高斯光束的單級光學Stark減速器對連續(xù)分子束的減速效果以及多級光學Stark減速器對脈沖分子束的減速效果。當用阱深為7.33mK的準連續(xù)半高斯光束減速溫度為10

4、mK的重氨分子束時,可以獲得動能損失約為10％的減速效果,同時入射分子束中超過90％的分子能夠從減速器中輸出。如果將分子束囚禁在靜電存儲環(huán)中,可以實現(xiàn)分子束的多級光學Stark減速。囚禁在靜電存儲環(huán)中的速度為1.5m/s的重氨分子與阱深為10.86mK的半高斯光束作用24次之后,速度可降為2.89m/s。 本文還提出利用靜止的紅失諧的準連續(xù)光晶格對脈沖超聲分子束的減速與囚禁。Monte-Carlo模擬結(jié)果顯示,利用該方案在毫米尺

5、度范圍內(nèi)可以直接將從脈沖閥噴出來的束流速度為230m/s的超聲分子束速度減為零。減速結(jié)束后關(guān)閉光場調(diào)制信號,將減速后的溫度處于亞毫開范圍的冷分子囚禁在這個光晶格中。文中還詳細研究了同步分子的位置以及減速級數(shù)對減速效果的影響。我們還提出了采用半高斯光束構(gòu)建全光型分子反射鏡的新方案,并采用Monte-Carlo方法詳細模擬了兩種分子反射鏡反射分子束的動力學過程。對于連續(xù)藍失諧分子反射鏡,當激光功率為1.0kW時,可以鏡面反射溫度為30mK的