利用超高斯光模拟方势垒

李佳欣,董光炯

（华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200241）

0 引 言

量子隧穿效应是指即使粒子动能低于势垒高度仍能以一定概率穿过势垒的现象, 这是粒子波动性的直接体现. 1927年, Hund[1]首次注意到隧穿现象的几率问题; 同年, Nordheim[2]应用薛定谔方程计算了电子从多种不同表面反射的反射系数. 随后隧穿效应被广泛应用于原子分子物理、核物理和固体物理的研究. 例如, Oppenheimer[3]根据隧穿计算了外场作用下氢原子的电离率; Gamow, Gurney和Condon用隧穿来解释α粒子衰变[4-6]; Millikan等[7-8]用隧穿来解释金属表面的场致发射; Bardeen等[9]用隧穿来研究电子输运现象. 在这些理论研究基础之上, 基于量子隧穿效应的各种器件应运而生,如1957年Esaki根据半导体中的带间隧穿现象发明了隧穿二极管[10], 1982年Binnig等[11-12]研制了扫描隧道显微镜.

方势垒和双方势垒的散射问题[13]是量子隧穿的理论研究中重要的解析可解模型. 方势垒散射的解析解不仅给出了粒子反射、透射率, 而且是进一步研究量子力学中的时间问题(比如隧穿时间问题)的基础[14-20]. 在对双方势垒的研究中, Tsu 等[21]、Chang等[22]发现了共振隧穿的现象. 在实验上实现有质粒子(如电子、原子)的方势垒, 对于研究量子隧穿问题具有重要的意义.

激光操控是原子分子气体操控的重要实验手段. 近年来激光光束整形技术[23-25]快速发展, 进一步丰富了原子分子光力操控技术[26-28], 其中的一个重要的进展是能制备高质量的超高斯光束[29-35]. 超高斯光又称平顶光, 它的……