【摘 要】
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近几十年来,冷原子的相关研究迅速发展,取得了巨大的成就。与冷原子相比,冷分子有着更丰富的内态自由度,更大的电偶极矩,在量子信息处理、精密测量、超冷化学反应、量子多体物理等领域有着重要的应用。激光冷却是制备冷分子的重要方法,目前已经成功运用在诸多分子上,如SrF、CaF、YO等,而且更多的分子如MgF、BaF、SrOH、CaOH等也正在被用来进行激光冷却的相关探索。CaH分子的X~2∑+与B~2∑+
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近几十年来,冷原子的相关研究迅速发展,取得了巨大的成就。与冷原子相比,冷分子有着更丰富的内态自由度,更大的电偶极矩,在量子信息处理、精密测量、超冷化学反应、量子多体物理等领域有着重要的应用。激光冷却是制备冷分子的重要方法,目前已经成功运用在诸多分子上,如SrF、CaF、YO等,而且更多的分子如MgF、BaF、SrOH、CaOH等也正在被用来进行激光冷却的相关探索。CaH分子的X~2∑+与B~2∑+之间具有高度对角化的弗兰克-康登因子（Franck-Condon factor,F-C factor）,理论上存在进行激光冷却的可能性。基于此,我们对CaH分子B~2∑+←X~2∑+跃迁的激光冷却方案进行了设计,给出了 CaH分子B~2∑+←X~2∑+振动态的光泵浦方案以及覆盖CaH分子|X,v=0,N=1,-＞态四个超精细能级的电光调制方案。接着,我们建立了 CaH分子的三维磁光阱模型,并利用速率方程模拟了 CaH分子A~2Π1/2←X~2∑+以及B~2∑+←X~2∑+在磁光阱中的阻尼力和囚禁力,分析了四频率组分和多频率组分激光设置下CaH分子磁光囚禁时的冷却和囚禁效果。同时,本文拓展了核自旋为1/2的双原子分子研究体系,给出了核自旋为3/2的CaCl分子和CaBr分子A~2Π1/2←X~2∑+跃迁的激光泵浦方案、基态超精细能级结构、边带调制方案,发现CaCl分子与CaBr分子不仅满足激光冷却的相关条件,而且尽管CaCl分子和CaBr分子基态的超精细分裂更复杂,但边带调制的难度并没有增加。CaCl分子只需要一个EOM就可覆盖掉六个超精细能级,而CaBr分子使用两个EOM也同样可覆盖掉六个超精细能级。并且CaCl分子和CaBr分子的塞曼效应线性程度很好,对于磁光囚禁的进行非常有利。本文的工作从理论上证明了 CaH分子激光冷却与磁光囚禁的可行性,同时给出B~2∑+←X~2∑+跃迁下的激光泵浦和边带调制方案,以及A~2Π1/2←X~2∑+和B~2∑+←X~2∑+跃迁中不同条件下CaH分子的阻尼力与囚禁力,对于之后进行CaH分子磁光囚禁实验有重要的理论参考作用。另外,CaH分子的关于激光冷却以及磁光囚禁的理论工作,也可为SrH和BaH分子相关磁光囚禁理论与实验,以及基于激光冷却与磁光囚禁状态下碱土金属元素单氢化物的eEDM精密测量提供借鉴,进一步开拓实验探索CP对称性破缺等与超越标准模型有关的新物理与新机制的研究思路。而且,对CaCl和CaBr分子的研究填补了对核自旋为3/2的分子激光冷却研究的空白,证实了 CaCl和CaBr分子激光冷却的可行性,对其他核自旋较大的分子进行有关激光冷却的理论研究有着重要的启示意义。
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