基于场梯度分束器的原子干涉仪的研究

Atomic interferometry has been extensively used in various fields of fundamental research of physics and high technology application.Coherent beam splitter of matter wave is considered as one of the core components of atomic interferometry. Currently the two most commonly used methods of coherent beam splitting are based on photon momentum transfer and radio-frequency-induced adiabatic double-well potentials, which have their own advantages and shortcomings.So it is important to explore other approaches of coherent beam splitting.. We plan to construct an atomic interferometer on an atom chip based on a field gradient beam splitter and obtain stable interference signals with high contrast. Techniques of realizing large momentum splitting and the relevant physical mechanism will be investigated. We will demonstrate experimentally, for the first time, atomic interference in a waveguide based on field gradient beam splitters. Momentum distributions of Bose-Einstein condensates in the waveguide will be narrowed by delta kick cooling, and their coherence evolution will be studied. More detail of quantum states in the waveguide can be acquired by using quantum tomography.We will also use this interferometer to detect topological phase.

原子干涉仪被广泛用于物理学基础研究和高技术应用的各个领域。物质波的相干分束器是原子干涉仪的核心部件之一。目前最常用的两种相干分束方式分别基于光子动量转移和基于射频场诱导的绝热双阱势场，它们各自有自己的优势和不足。因此，探索其他相干分束的方法具有重要意义。. 我们拟在原子芯片系统上建立一台基于场梯度分束器的原子干涉仪，获得具有高对比度的稳定的干涉信号。探索实现大动量分束的技术和相关的物理机制。 我们将首次在波导中进行基于场梯度分束器的原子干涉实验，通过脉冲冲击冷却方式压缩波导内的玻色-爱因斯坦凝聚体的动量分布，研究其相干性演化。通过量子层析术可以获取更多的关于波导中量子态的信息。我们还将用这种原子干涉仪探测拓补位相。

原子干涉仪被广泛用于物理学基础研究和高技术应用的各个领域。物质波的相干分束器是原子干涉仪的核心部件之一。目前常用的相干分束方式各自有自己的优势和不足，因此有必要探索其他相干分束的方法。我们设计加工了用于场梯度分束的原子芯片，并建立的一套双磁光阱原子芯片实验装置。在超高真空磁光阱中俘获原子数达3*10^8，寿命超过40秒，满足制备玻色-爱因斯坦凝聚体的要求。通过该项目的实施，我们深入理解了原子芯片的设计和制作，获得了重要的工艺参数，掌握了相关的实验装置建造的一些关键技术，并有若干独特的设计。建立的实验装置和获得的经验为即将开展的原子干涉和其它实验研究打下了坚实的基础。此外，我们还实验研究了基于二能级原子系综产生的光场的双光子干涉。该实验的方法可以应用到关联型原子干涉仪的研究中。我们理论研究了具有高阶相互作用时玻色-爱因斯坦凝聚体中的孤子动力学，以及玻色-爱因斯坦凝聚体和超冷费米气体中的声波黑洞，提出了在微重力环境下研究超冷铷钾混合物量子三体Efimov物理的方案。这些研究扩展了原子芯片的应用场景，相关的技术_例如用光学偶极势抵消非均匀外势的方法，也可以应用于高精度原子干涉仪。