远失谐与共振驻波场中的原子聚焦:薄透镜区

考虑了薄透镜区中与远失谐及共振驻波场相互作用的原子的聚焦。从量子视角对薄透镜近似作了定量讨论。使用密度傅里叶分量的精确量子表达式(包含所有球差)对聚焦进行数值研究。计算以下透镜参数与密度分布作为脉冲场面积 $\theta$ 的函数:焦平面位置、峰值原子密度、焦点处原子密度图样、焦斑尺寸、焦深以及背景密度。将这些透镜参数与由标量衍射理论导出的渐近解析结果比较,该理论中球差小但不可忽略($\theta \gg 1$)。在衍射理论内,解析表达式表明远失谐情形下聚焦原子具有近似恒定的背景密度 $0.5(1-0.635\theta ^{- 1/2})$,而峰值密度行为如 $$,焦距或时间如 $\theta ^{-1}(1+1.27\theta ^{- 1/2})$,焦斑尺寸如 $0.744\theta ^{-3/4}$,焦深如 $1.91\theta ^{- 3/2}$。共振驻波场的聚焦导致一种新效应,即原子密度的类 Rabi 振荡。对于远失谐透镜,用精确傅里叶结果研究了色差。类似地,用精确傅里叶方法定量研究了束流角发散或阱中热速度分布引起的焦点退化,并借渐近结果作解析理解。总之,我们表明利用适中激光功率与当前可实现的原子束特性即可实现强薄透镜聚焦。