铯原子光诱导解吸附的反应机理研究及其在喷泉钟实验中的应用

Experiments prove that even a weak and incoherent light illuminating the surfaces containing absorbed atoms causes a huge atomic desorption, which is observed as a vast increase in the atomic vapor density in the cell which inner surface is coated with a film made of absorbing medium. THis effect is called LIAD(light-induced atom desorption).This project will combine the experiment technique of cold atom and first-principles calculation to study reaction mechanism of LIAD. In addition, LIAD technique will be applied to the experiment of caesium fountain clock, in order to improve the performance of the clock. The research content is devided into three parts: First, in the quartz cell, the relationship between the LIAD phenomenon of caesium atom and the wavelength and power of desorption light will be studied. Second, the absorption energy of caesium atom on the quartz surface will be calculated by first-principles calculation. Third, the application of LIAD technique in the experiment of caesium fountain clock will be researched.

光诱导原子解吸附（LIAD），即在光诱导下，原本吸附在真空腔壁或者涂层上的原子脱离吸附状态，恢复为游离的原子状态的现象。LIAD现象主要发生在碱金属原子上。本项目将利用冷原子物理实验技术，结合第一性原理计算，研究铯原子的LIAD现象的反应机理。并将LIAD技术应用到铯原子喷泉钟实验中，以提高喷泉钟的相关性能。研究内容分为三部分：1. 研究石英真空铯泡内，铯原子LIAD现象与解吸附光波长和光功率的关系；2. 利用第一原理软件计算石英表面吸附铯原子的吸附能，并与实验结果比较；3. 研究LIAD技术在铯原子喷泉钟实验中的应用，寻找最佳应用条件。本项目立足热点问题，理论与实验研究并重，多学科交叉研究，有着重要的科学意义。

本项目聚焦铯原子的光诱导解吸附的反应机理和在铯原子喷泉钟实验中的应用。首先对铯原子在石英晶体表面吸附的多个结构优化模型进行了理论计算；设计组装完成了研究铯原子光诱导解吸附的实验装置，并利用高功率LED作为诱导光在单次开关诱导光和脉冲诱导光两种模式下进行了解吸附实验研究；利用四种不同波长激光器作为诱导光，研究了铯原子气态浓度增长值随诱导光功率和光子能量的变化；利用脉冲高功率紫外LED作为诱导光，应用在在铯原子喷泉钟实验中，能显著提高探测原子信号的信噪比。