【摘 要】
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玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）是一种超冷中性原子气体,二十多年前首次在实验中观察到,它的实现标志着一个新的、不断发展的超冷量子气体研究领域的开始。BEC在诸如多体物理、量子信息科学、精密测量、量子模拟等许多方面有着广泛应用。本论文提出了一个最佳的实验方案,用于钠原子旋量BEC的全光学制备。通过这个方案,我们实验获得的纯BEC的原子数比一些传统的方案提高了5倍,并且我们的方案还可用于光偶极阱中其他原子
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玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）是一种超冷中性原子气体,二十多年前首次在实验中观察到,它的实现标志着一个新的、不断发展的超冷量子气体研究领域的开始。BEC在诸如多体物理、量子信息科学、精密测量、量子模拟等许多方面有着广泛应用。本论文提出了一个最佳的实验方案,用于钠原子旋量BEC的全光学制备。通过这个方案,我们实验获得的纯BEC的原子数比一些传统的方案提高了5倍,并且我们的方案还可用于光偶极阱中其他原子的有效装载。本文首先系统地回顾和总结了超冷原子的发展历史,从基本物理思想的角度出发,讨论和介绍了激光冷却和俘获的原理及各种机制,在此基础上详细讲述了实验制备钠BEC的过程。钠原子样品经过加热后通过塞曼减速器减速,然后被磁光阱（MOT）冷却和俘获,这个过程持续8s,最初装载原子数约为6.23×109,温度降低到235μK。之后进行压缩磁光阱（CMOT）,并利用“光学粘团”（Optical Molasses）技术进一步冷却,有效地提高了原子密度,实现Na原子样品的预冷却。这个阶段的原子数为5.1×108,原子云温度为45μK。由光纤激光器输出的两束高功率激光束交叉构成光偶极阱,将钠原子装载到光学偶极阱中,这一阶段持续450ms。我们系统地实验研究了光阱功率对原子数、温度以及相空间密度的影响。我们提出了一种简单的理论,与实验结果吻合较好。研究结果进一步揭示了光偶极阱的装载过程,并为利用光偶极阱产生BEC奠定了基础。最后我们通过降低偶极光的功率来进行强制蒸发冷却,偶极阱的势阱深度呈指数性下降,直至产生钠BEC（原子数约为1.2×105）。我们选择了更高效的蒸发通道,制得的BEC原子数与以往研究具有相同的数量级。此外,我们的实验周期比以往的实验周期短;这种较短的时间为自旋压缩和自旋相干等实验研究提供了便捷的技术途径。
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