磁光阱 (MOT)

磁光阱是冷原子实验中最常用的原子冷却和囚禁技术。它结合了三对正交的圆偏振激光束和四极磁场，利用多普勒效应和光泵浦实现对原子的三维冷却和囚禁。

工作原理

1. 多普勒冷却：红失谐激光（频率略低于原子共振频率）使得朝向激光运动的原子更容易吸收光子，每次吸收-辐射循环使原子损失动量
2. 磁场梯度：四极磁场产生位置依赖的塞曼位移，使远离阱中心的原子优先吸收指向中心的光子
3. 光泵浦：圆偏振光确保原子始终吸收使其减速的光子

典型参数

吸收成像

吸收成像是一种破坏性测量技术，通过探测原子云对共振光的吸收来确定原子的密度分布。

光密度计算

根据 Beer-Lambert 定律，光经过原子云后的衰减为：

$$I = I_0 e^{-n(x,y)\sigma}$$

通过三张图像（原子像、参考像、背景像）可以计算光密度：

$$OD(x,y) = \ln\left(\frac{I_{\text{ref}} - I_{\text{bg}}}{I_{\text{atom}} - I_{\text{bg}}}\right)$$

光偶极阱 (ODT)

光偶极阱利用远失谐激光束的 AC Stark 位移效应来囚禁中性原子。相比磁阱，ODT 可以囚禁所有磁子能级，支持对自旋自由度的操控。

阱深

光偶极阱的势能为：

$$U_{\text{dip}}(\mathbf{r}) = -\frac{3\pi c^2}{2\omega_0^3} \frac{\Gamma}{\omega_0 - \omega_L} I(\mathbf{r})$$

• 红失谐 ($\omega_L < \omega_0$)：$U_{\text{dip}} < 0$，原子被吸引到光强最大处
• 蓝失谐 ($\omega_L > \omega_0$)：$U_{\text{dip}} > 0$，原子被排斥，可在光强零点囚禁

蒸发冷却

蒸发冷却是通过选择性地移除最热的原子，让剩余原子重新热化达到更低温度的技术。是实现玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的核心步骤。

蒸发效率

蒸发效率取决于以下参数：

相关资源

• 详细实现请参考 应用案例 中的超冷原子实验案例
• 物理建模请参考 物理模型库