利用激光场调控双原子分子量子态理论研究

The quantum control of diatomic molecules in laser fields is studied using the time-dependent quantum wavepacket method. The quantum states of molecules are controlled throught properly designed laser fields and transfer paths. In our model, the quasi-bound states and continuum states are chosen as the intermediate states to increase the paths of population transfer; The permanent dipole transition and dipole transition are taken into account to increase the manners of population transfer; The new configurations of population transfer are suggested: converse "ladder" configuration，converse "Λ" configuration, "quadrangle form" configuration, "N form" configuration, and "trapezium form" configuration. The above methods are employed to increase the probability of population transfer and control the quantum states of the molecules. Moreover, the phase interference method, Stimulated Raman adiabatic passage technique, and Stark chirped rapid-adiabatic-passage technique are used to control population transferring multi-target-states, thus to control the final quantum states of the molecules.. We hope this research program can give comprehensive information for quantum control of molecules; The suitable laser fields and transfer paths, optimal molecular systems and parameters of pulses can be found out to control the quantum states.

采用含时量子波包方法研究光场中双原子分子的量子调控。通过设计激光场，选择跃迁路径，控制分子的量子态分布。将分子准束缚态与连续态作为中间态，增加布居跃迁路径；将单电子态内部的永久偶极矩跃迁与电子态间的偶极矩跃迁相结合，增加布居跃迁方式；设计新的布居跃迁结构：反向“ladder”结构、反向“Λ”结构、“四边形”结构、“N形”结构，以及“梯形”结构。通过上述方法提高布居跃迁几率，更有效的调控分子量子态。同时采用相位相干法、受激拉曼绝热通道方法、Stark啁啾快速绝热通道等方法，并将皮秒脉冲与飞秒脉冲相结合，调控分子同时跃迁至多个目标态能级，并控制各能级布居分布，从而控制分子最终量子态。. 通过对本课题的研究，期望对分子量子态调控过程及机理有一个清晰、全面的认识；能够给出更合理的光场设计方案以及布居跃迁路径，优化光场参数，找出最佳分子体系，以达到更加有效的调控分子量子态的目的。

本项目主要利用含时量子波包动力学方法研究了利用激光场调控双原子分子量子态。项目主要从两个方面研究量子调控。一方面的研究是利用激光诱导碰撞原子释放光子，使其从连续态跃迁到束缚态，生成具有特定量子态的分子。在本方面研究中，主要利用多光子跃迁，使分子布居经由“N形”跃迁、“梯形”跃迁、“四边形”跃迁等方式，转移到目标态。通过选择合适的碰撞能量、中间态、光场参数，提高目标态分子几率。此外还研究了利用pump–dump体系控制光缔合过程中的同位素效应。另一方面的研究是利用激光激发分子，吸收光子，使其从能级较低的量子态跃到能级较高的量子态。本方面研究中，主要采用基频与倍频脉冲相结合，利用相位相干法调控分子量子态。通过选取合适的光场频率，使分子经由双“N形”跃迁，同时转移到多个目标态，利用脉冲相位控制各目标态的布居分布；研究了两束基频与倍频脉冲控制下的“ladder”式跃迁与扩展“ladder”式跃迁，并通过此两种方式，使分子布居经由“四边形”跃迁，转移至目标态；研究了三束基频与倍频脉组成的光场中，各脉冲相位角对分子量子态的影响。此外，还通过将永久偶极矩与跃迁偶极矩相结合的方法，研究了利用受激拉曼绝热通道，控制分子布居转移，以及双光子跃迁过程中的同位素效应。. 本项目的研究结果对于实验上提高光缔合几率，生成低能级量子态分子，利用相位相干法调控分子量子态，了解激光调控分子量子态中的同位素效应等方面具有一定的参考价值。