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解决方案
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BEC光子气体的单次成像
发布:北京卓立汉光仪器有限公司浏览次数:647BEC光子气体的单次成像玻色-爱因斯坦凝聚(Bose- Einstein Condensation, BEC),即整数自旋粒子(玻色子)系统在临界温度以下的的宏观基态,20年来一直在冷原子气体,和固态极化激元准粒子中被观测和研究。然而,*广为人知的光子(玻色子)气体的例子—黑体辐射,却没有表现出玻色爱因斯坦凝聚。2010年,研究表明,在低截止频率的小型光腔中,光子能谱被限制在热能以上,在充满染料的光学微腔中获得了光子的玻色爱因斯坦凝聚[1]。实验包括光子气体的加热过程,即通过染料分子的吸收和再发射过程加热到室温。实验结果给出了对光的新量子态,例如周期势,新波段光源等的研究前景。
图1:充满染料的微腔,包含两个高反射率球面介质膜反射镜。通常情况下,我们使用溶解在甲醇或者乙二醇(均可作为热浴或者粒子库)中的罗丹明6G染料。微腔截止能量(反射镜间距)由PZT主动控制。
实验对黑体辐射而言,将光子盒冷却到低温下,并不会引起BEC。根据普朗克定律,当降低光子的温度时,它会从系统中消失。为了克服这个物理上的瓶颈,我们在充满染料的、反射镜间距在波长量级的光学微腔中捕获光子气体,可同时提供光子数保持的热化过程及显著的光子气体基态。我们的光学微腔包括2个球面介质膜反射镜,其反射率高于99.9975%,间隔1.5 µm(图1)。自由谱范围超出了腔内所用染料溶剂的荧光的谱宽,有效地抑 制了纵向的自由度,使系统成为二维系统[2]。所用的溶解在甲醇中的若丹明6G染料,量子效率近100%,发射光谱范围550nm-600nm。当腔体发射光基模沿着光轴传输时,高阶横模发散角更大,将整个光子气体正确的成像在探测器上是非常有挑战的。我们使用532nm附近波长的泵浦激光器来激发染料分子。对有机染料的持续泵浦,引发了三重态的激发,减弱了系统的发光。激光经声光斩波为500ns(典型)脉宽,100Hz以下的脉冲。一次激发,离开腔体的光子数在1E7量级。在实验中,我们应用iXon Ultra 897 EMCCD(Andor的DU897U-CS0-BV)相机,非常成功的拍摄了腔体发光的空间分布影像。图2给出了高度布居的基态光子(N0/N>60%)的图像,周围被更高能量光子所形成的热云包围。借助于iXon相机的单光子灵敏度和高动态范围,我们通过单次实验获得了双模光子空间分布的全部信息。图2: a) 微腔发光图片。基模(白色)叠加于热光子云之上。所示图片拍摄时EM增益设为250,以用足像素的满阱容量。 b) 水平方向分布。数据具备足够的信噪比和可忽略的噪声本底,清晰展现了热光子云和高度布居凝聚模式的双模叠加分布。
参考文献:
J. Klärs, J. Schmitt, F. Vewinger & M. Weitz, Nature 468, 545 (2010)J. Klärs, J. Schmitt, T. Damm, F. Vewinger & M. Weitz, Appl. Phys. B 105, 17 (2011)2022-02-15相关仪器 -
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