冷原子束或超冷原子束的产生及其应用

综述了冷原子束或超冷原子束产生的基本原理、方法和实验结果及其最新进展.重点介绍了建立在激光冷却(多普勒、亚多普勒和亚反冲冷却机制)和磁光阱技术基础上的冷原子束或超冷原子束产生方案,并简单介绍了冷原子束或超冷原子束在基础物理问题研究和原子光学等领域中的应用.     

基于蒙特卡罗方法进行冷原子束模拟和参数优化

采用蒙特卡罗方法对基于制备低速浓密原子源(LVIS)产生的三维磁光阱(3D MOT)冷原子束过程进行模拟和系统性能参数优化。在Matlab软件中产生位移满足均匀分布,速度满足麦克斯韦波-尔兹曼分布的107个原子,通过仿真计算得到冷原子束的纵向速度分布和原子通量等关键参数。当冷却光光强为3mW/cm2,失谐量为5Γ时,模拟得到的原子束的纵向最概然速率为8m/s,速度分布的半峰全宽(FWHM)约为2m/s。模拟和实验研究了原子束最概然速率和通量随冷却光光强和失谐量变化的关系,结果表明冷却光失谐量为影响冷原子束速度分布和通量的主要因素,而冷却光功率在达到一定饱和强度后对原子束性能影响不大。     

气溶胶微生物粒子计数仪光学系统设计

为了实现微生物粒子在线监测,基于荧光探测原理设计了微生物粒子计数仪光学系统。对微生物粒子含有的核黄素、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸等物质的荧光特性进行测试和分析,确定了以405 nm波长的半导体激光器作为激发光源,提出了荧光检测系统的整体结构。设计了基于组合光阑和透镜组的光源整形光路以及荧光探测光路,以降低光噪声。完成了系统结构的制作和组装。采用荧光微球对检测系统的性能进行了测试,结果表明:系统的输出噪声约为20 mV,可以实现对粒径为1,2,5,10μm荧光微球的分级检测,具有信噪比高、检测灵敏度高等特点,对进一步开展气溶胶微生物粒子计数仪的研制具有重要意义。     

一种低信噪比运动点目标检测算法

为检测复杂背景中的低信噪比(SNR) 点目标,提出了一种自适应带通门限检测算法。 首先根据图像的信噪比选取合适的带通门限进行图像空间滤波,然后采用帧相关法进行时间滤波。实验结果表明,该算法可有效地抑制背景杂波的干扰、提高信噪比SNR ,检测出复杂背景下的低信噪比点目标,且易于实现。     

低信噪比下基于收敛映射Hough变换的激光目标检测算法研究

分析了经典Hough变换(HT)在参数空间映射方法存在无效映射及批处理投票缺乏实时性等问题, 提出了依据空中目标速度约束条件选取样本进行收敛映射和在线投票的改进HT检测算法。仿真实验结果表明, 改进目标航迹检测算法在信噪比(SNR)大于0.8 dB时都具有较好的效果, 算法目标捕获时间因信噪比不同而不同。信噪比大时可以迅速捕获目标, 信噪比低时则以时间换取检测概率。     

~(52)Cr原子束激光生荧光稳频技术

通过分析52Cr原子光刻对激光系统的技术要求,详细介绍了一种基于原子束激光感生荧光(LIF)光 谱技术的稳频方法。     

用于稳定激光功率的数字控制系统

在冷原子干涉仪的研究中,常采用三个拉曼光脉冲实现对原子束的相干操控(分束、反射和合束)。拉曼激光的功率抖动会引起Rabi频率的变化,从而带来严重的干涉相移噪声。这些噪声对用于高精度转动加速度测量的冷原子干涉仪来说是不可忽略的系统噪声,因此实现拉曼激光的功率稳定对于实现高精度原子干涉是至关重要的。采用声光调制器(AOM)作为执行器,设计了一套用于稳定激光功率的数字控制系统。在对AOM进行系统辨识和控制器仿真设计的基础上,利用Labview程序实现了激光功率稳定的PID控制。测试结果表明,在测量时间为1 h情况下,激光功率的不稳定度由系统闭环前的1.67%降低到了系统闭环后的0.19%,极大地提高了干涉信号的稳定性,同时也降低了系统噪声。     

原子源的制备与相干性检测

利用不平衡三维磁光阱(3D-MOT)技术,制备了低速、高通量的连续型原子束。通过使一束冷却光沿着光传播方向形成"中空光束",在MOT中形成一对具有不平衡光辐射压力的对射光束,压力将MOT中冷却与陷俘的87 Rb原子云团从"中空光束"通道中推出产生连续出射的原子。形成的原子束具有一定的速度和速度分布,可反映原子束的相干性。对所制备原子束的相干性进行了测量和分析,结果表明,所产生的原子束的最可几速度约为12m/s,纵向速度分布约为3m/s,对应的德布罗意波波长约为0.4nm,带宽为0.1nm。通过光电倍增管(PMT)收集的荧光强度推算得原子束通量为108～109 atoms/s。     

基于强化学习的无人机基站多播通信系统的飞行路线在线优化

针对无人机(UAV)基站(BS)多播通信系统的通信时延最小化问题,该文提出飞行路线在线优化算法。在该系统中无人机基站向多个地面用户同时发送公共信息,其中每次通信任务中地面用户位置是随机的。为了保证地面用户能够接收完整的公共信息以及考虑到无人机的能量有限性,该文以最小化无人机基站完成通信任务的平均时间为目标。首先将问题转化成一个马尔可夫决策过程(MDP);然后把通信时延引入到动作价值函数中;最后提出使用Q-Learning算法对无人机飞行路线进行学习和在线优化,从而实现平均通信时延最小化。仿真结果显示,与其他基准方案相比,该文所提方案能够有效地为无人机多播通信系统飞行路线实现在线优化,并有效降低通信任务的完成时间。     

激光扫描共聚焦技术在近红外荧光成像中的应用

为实现高信噪比(SNR)的深层生物组织成像,结合了激光扫描共聚焦成像技术和近红外(NIR)荧光成像技术,根据近红外荧光成像要求设计了一套激光扫描共聚焦近红外荧光成像实验系统,对注入近红外荧光染料LDS925小鼠的尾部成像后获得了小鼠尾部近红外荧光图像和近红外共聚焦荧光图像。实验结果表明小鼠尾部近红外共聚焦荧光图像信噪比显著优于小鼠尾部近红外荧光图像,采用均方差和峰谷(PV)值进行评估时,近红外荧光成像荧光信号强度分布的均方差值和PV值分别为864和102;共聚焦荧光成像的荧光信号强度分布的均方差值和PV值分别为1459和255;进一步表明激光扫描共聚焦成像技术在近红外荧光成像中应用是可行的,可以实现深层组织的高信噪比共聚焦成像。     

激光抽运铯原子钟的计算机模型

介绍了光抽运铯原子钟计算机模型系统的基本结构体系,该计算机模型系统包括铯原子炉、抽运和检测激光、Ramsey微波作用腔、C场、荧光检测系统等程序模块。利用这个计算机模型系统,对光抽运小型铯原子钟在一些极端条件下的情形进行了研究,如抽运激光功率偏低,有效原子的速度分布特别窄,微波功率远大于最佳微波功率等条件下,得到了一些有意义的结果。     

52Cr原子光刻制作纳米结构研究

纳米结构制作技术中,原子光刻具有独特的优势.为了能够达到纳米制作的要求,并得到所需的沉积条纹,设计了一套实验装置,并分别对原子光刻技术中的原子源、激光系统、稳频系统、原子准直系统和沉积结果进行具体的分析.根据所设计的实验装置,采用分步实验的方式,对各子系统进行了相关数据的采集和测试.其中,稳频精度达到了0.26 MHz精度,铬原子发散角经激光冷却系统由4.5 mrad降低到了0.9 mrad,最后沉积的纳米条纹间距为234 nm条纹高度约为0.276 nm.     

驻波透镜聚焦原子束制作纳米图形研究

介绍了将激光驻波聚焦原子束技术用于制作纳米级图形的基本原理和实验系统设计。研究了驻波透镜对原子束的聚焦特性及像差 ,数值结果显示原子束在置于焦平面处的基底上所沉积的条纹半高宽为 10nm左右 ,可以实现纳米级超微细图形的制作。同时给出了实验装置及初步实验结果     

铬原子束的激光多普勒冷却准直检测实验研究

本文采用基于激光感生荧光（LIF）的位移探测系统检测了铬原子束中轴向定量百分比原子数的冷却准直发散角,评价了激光的多普勒冷却准直效果。实验结果得到当冷却激光功率为45mW,作用长度为24mm,失谐量为-0.5Γ的情况下,铬原子束中轴向定量50%原子数的发散角由冷却准直前的1.07±0.10mrad减小到冷却准直后的0.46±0.10mrad,并且其准直发散角随着冷却激光功率的增加而减小。文章最后用半经典理论数值模拟计算了实验结果并与之作了比较。     

用激光感应荧光法测量钇原子束中的原子速度分布

本文用激光感应荧光法测量了钇原子束的速度分布曲线。其最可几速度为820m/s,速度分布半宽度为510m/s。由等熵关系,估计此时钇原子源的温度为1587K。     

铯原子喷泉的飞行时间信号

应用激光冷却与囚禁的铯原子喷泉是新一代的频率基准。报告了冷原子云上抛信号的序列测量 ,发表了飞行时间 (TOF)信号的基本估算公式 (估算原子云温度和TOF峰值信号强度 ) ,讨论了理论计算和实验测量的比较     

激光驻波透镜聚焦原子束制作超微细图形研究

介绍将原子束激光准直技术和驻波聚焦沉积技术用于制作纳米级图形的基本原理和实验系统设计，研究了驻波透镜对原子束的聚焦特性，数值结果显示在原子束高度准直的情况下，原子束在置于焦平面处的基底上所沉积的条纹半高宽为l0nm左右，可以实现纳米级超微细图形的制作。     

铬原子束1维多普勒激光准直分析

为了研究预准直后铬原子束1维多普勒激光准直效果随着激光功率、激光失谐量和作用区域等各种参量变化的情况,采用适当步长的4阶 Runge-Kutta 算法进行了理论分析,得到了铬原子束1维多普勒激光准直效果与各种激光参量之间的变化关系。结果表明,铬原子束经过离坩埚口600mm、横向尺寸为5mm 狭缝预准直后,在激光功率为20mW、激光失谐量为-0.5Γ(Γ为铬原子的自然线宽)、作用区域为2倍最小作用区域的情况下,可以获得最好的激光准直效果。     

激光准直铬原子束三维仿真分析

为了获得高准直度的中性铬原子束,设计了一个由三组激光束组成的激光准直场对高温铬原子束进行准直。应用蒙特卡罗随机方法模拟实际状态下原子的初始状态,更好地体现了实际状态中原子运动的不确定性以及原子同位素对实验的影响。以原子在激光准直场中的受力情况为依据,定量分析了实际状态中性铬原子束在激光准直场作用下的运动特性,及其在三维空间的运动轨迹和原子落点状态的三维分布。研究显示,经准直后铬原子束在 x 方向最大发散角减小至1．5 mrad,y 方向最大发散角减小至1．6 mrad,且原子通量提高至准直前的两倍。研究结果不仅为实验提供了更详尽的数据资料,更为后续制作更精确的纳米光栅和纳米点提供了更理想的冷原子束。     

The use of atomic hydrogen for substrate cleaning for subsequent growth of II-VI semiconductors

Atomic hydrogen is shown to be particularly efficacious for the preparation of substrates for subsequent growth of II-VI compounds by molecular beam epitaxy. A commercial thermal cracker was used to produce atomic hydrogen in the molecular beam epitaxy growth chamber for in-situ cleaning. This paper discusses the use of atomic hydrogen for both oxide removal from GaAs prior to ZnSe and CdTe growth, and for low-temperature oxide removal from CdTe and HgCdTe. Reflection high energy electron diffraction, ultra violet fluorescence microscopy, Nomarski interference contrast microscopy, and atomic force microscopy were used to characterize the growths.