冷原子具有量子效應(yīng)顯著且可精準(zhǔn)控制的特點(diǎn),，是研究多體量子理論和光與物質(zhì)相互作用的理想體系,。強(qiáng)激光場(chǎng)是探索特殊環(huán)境中奇異量子現(xiàn)象以及對(duì)量子規(guī)律調(diào)控的重要手段。反應(yīng)顯微譜儀是原子分子領(lǐng)域先進(jìn)的全空間多粒子符合探測(cè)技術(shù),，具有對(duì)粒子動(dòng)量分布精密成像的能力,。

　　融合冷、快,、強(qiáng)領(lǐng)域的前沿技術(shù),，利用動(dòng)量成像技術(shù)，可開展銣冷原子的強(qiáng)場(chǎng)物理過(guò)程研究,。近年來(lái),，采用類似的技術(shù)路線，國(guó)際上已經(jīng)在離子碰撞、多光子相干激發(fā)電離,、冷分子形成演化,、里德堡原子間相互作用、多體相互作用,、冷化學(xué)反應(yīng),，Beta衰變等領(lǐng)域開展一系列研究。

　　中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院江玉海研究員課題組把激光冷卻技術(shù)和反應(yīng)顯微譜儀技術(shù)結(jié)合,，成功研制了國(guó)內(nèi)套銣原子磁光阱反沖離子動(dòng)量譜儀(Magneto-optical Trap Recoil Ion Momentum Spectroscopy, MOTRIMS),，如圖1所示。該裝置包含一套針對(duì)Rb原子的MOT系統(tǒng),，將Rb (85Rb)原子在二維磁光阱(2D MOT)中預(yù)冷,，并推送到反應(yīng)腔，通過(guò)反亥姆霍茲線圈和六束冷卻光的共同作用形成最終的三維磁光阱(3D MOT),。

　　圖1 銣原子磁光阱反沖離子動(dòng)量譜儀

　　利用中心波長(zhǎng)為800 nm，重復(fù)頻率為1 kHz,，單脈沖能量為4 mJ的飛秒激光與不同Rb原子靶電離結(jié)果對(duì)比如圖2所示,。從圖中可看出，通過(guò)冷卻后Rb原子可實(shí)現(xiàn)更加精密的測(cè)量,。兩種測(cè)量半高寬的結(jié)果對(duì)比顯示,，冷卻后飛行時(shí)間質(zhì)譜的測(cè)量精密至少提高了14倍。與相近質(zhì)量的氣體靶相比,，測(cè)量精密提高了大約3倍,。

　　圖2 熱蒸氣靶和3D MOT靶的動(dòng)量譜。虛線(紅色)為熱蒸氣靶的Rb+的動(dòng)量分布,，右側(cè)縱坐標(biāo)軸為熱蒸氣靶的計(jì)數(shù);實(shí)線(藍(lán)色)表示3D MOT靶Rb+的TOF譜和動(dòng)量分布,，左側(cè)縱坐標(biāo)軸表示3D MOT靶的計(jì)數(shù)，上方橫坐標(biāo)軸標(biāo)示了3D MOT靶的飛行時(shí)間

　　結(jié)果顯示,，結(jié)合超冷,、超快和強(qiáng)激光的MOTRIMS技術(shù)，通過(guò)探測(cè)冷原子電子和離子動(dòng)量分布,，可獲取激光與金屬原子相互作用的微觀量子信息,，進(jìn)而精密研究不同強(qiáng)度、不同脈寬,、不同波長(zhǎng)的激光與Rb原子的相互作用,。

　　Rb+離子的二維動(dòng)量分布圖，以及在x,、z方向上的動(dòng)量分布投影圖,，如圖3所示。在線偏光極化方向上動(dòng)量分布pz = ± 0.18 a.u.處存在一個(gè)“雙峰”結(jié)構(gòu)(圖中兩條垂直虛線)，這是典型的光電離偶極躍遷動(dòng)量分布圖,。此外,，在pz = ± 0.39 a.u.處也存在一個(gè)微弱結(jié)構(gòu)(圖中兩條垂直點(diǎn)劃線)，這是典型的閾上電離特征,，關(guān)于這些特征峰和激光強(qiáng)度等參數(shù)的依賴關(guān)系研究將在后續(xù)工作中展開,。

　　圖3 molasses靶與強(qiáng)場(chǎng)相互作用后的Rb+動(dòng)量分布。(a)x,、z方向的動(dòng)量分布;(b)線性坐標(biāo)下z方向的動(dòng)量分布;(c)log坐標(biāo)下z方向的動(dòng)量分布

　　在接下來(lái)的研究中,，課題組將在MOTRIMS中加入電子測(cè)量，實(shí)現(xiàn)銣冷原子的電子與電子,、電子與離子和離子與離子之間的高精密動(dòng)量分布成像,，結(jié)合光子吸收成像與熒光光譜探測(cè)以及泵浦/探測(cè)技術(shù)，形成具有時(shí)間和空間分辨的,、電子離子光子多反應(yīng)產(chǎn)物探測(cè)的,、多維度的探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，重點(diǎn)研究重金屬冷原子(Rb)的強(qiáng)場(chǎng)物理過(guò)程,、冷里德堡原子及原子間相互作用以及冷等離子體的形成與演化等,。

　　參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)

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