Научные и прикладные результаты лаборатории 02202220212020201920182017Исследование взаимодействия атомарного конденсата в одном из минимумов двухъямного потенциала с квантованной оптической модой кольцевого резонатораПоказано, что оптическая ловушка для атомарного конденсата, сформированная модой кольцевого резонатора (см. рис. 1), обладает специфическими свойствами. Они отсутствуют в ловушке, образованной свободными пучками, и обусловлены возникновением квантовых корреляций (зацепленности) между локализованными атомами и фотонной модой. В частности, имеет место эффект, близкий к известному оптомеханическому явлению “оптической пружины” (S. Martellucci et al., Bose-Einstein Condensates and Atom Lasers, Kluwer Acad. Publ. (2002)) и проявляющийся через возникновение эффективной добавки к межатомному взаимодействию локализованных атомов. При этом, как и в эффекте оптической пружины, не происходит реального изменения параметров взаимодействия между атомами. Значением и знаком этой добавки можно управлять, варьируя частоту источника излучения, формирующего ловушку. Это позволяет локально имитировать изменение межатомного взаимодействия, что недостижимо иными известными методами. Оценки возможной величины эффекта дают десятки процентов в сравнении с реальным взаимодействием между атомами (работы [1, 2]).
Рис. 1 На 2017 г. было также намечено исследование конденсата в цепи оптической когерентной обратной связи в интерферометре Маха-Цандера. В ходе работы было сочтено целесообразным и более актуальным исследовать иной тип когерентной обратной связи, а именно, взаимодействие многоатомного ансамбля с оптическим излучением, непрерывно приготавливаемом в состоянии типа «кошки Шредингера». Показано, что каждый акт вынужденного возбуждения любого атома меняет знак параметра (амплитуды) «кошки Шредингера». На Рис. 2 приведены результаты расчёта корреляционной функции фотоиспусканий атомарного ансамбля при точном численном решении полученных уравнений (сплошная кривая), при расчётах в приближённой модели (пунктирная кривая), Фоном служит почти гармоническая зависимость корреляционной функции для случая обычного когерентного состояния той же интенсивности (работа [3]).
Рис. 2 В 2017 году для контроля межатомного взаимодействия в бозе-конденсате предложено использовать оптические пучки, формирующие атомарную ловушку. В модели бозе- конденсата в двухъямном оптическом потенциале показано, что нерезонансное квантованное излучение имитирует изменение межатомного взаимодействия в яме. Величиной и знаком этого изменения можно эффективно управлять, варьируя частоту источника излучения, формирующего ловушку Исп.: Л.В. Ильичев, П.Л. Чаповский, В.А. Томилин Публикации:
Конференции:
Расчёт формы линии аномального светоиндуцированного дрейфа (СИД) для атомов Li, находящихся в атмосфере инертного буферного газа Ne, на основе нескольких известных (вычисленных ab initio) межатомных потенциалов взаимодействияНа основе четырёх известных неэмпирических (вычисленных ab initio) межатомных потенциалов взаимодействия для системы сталкивающихся частиц Li-Ne теоретически исследованы спектральные особенности скорости светоиндуцированного дрейфа (СИД) атомов лития, находящихся в буферном газе неоне. Расчёты с использованием каждого из четырёх потенциалов взаимодействия предсказывают сильную зависимость от температуры спектральной формы сигнала СИД атомов Li в атмосфере Ne в различных интервалах температур. Полученные результаты дают возможность высокоточного тестирования межатомных потенциалов взаимодействия в экспериментах по аномальному СИД. Исп.: А.И. Пархоменко, А.М. Шалагин Публикации:
Влияние геометрии накачки на эффективность генерации лазера на парах щелочных металловТеоретически исследовано влияние геометрии накачки на эффективность генерации лазера на парах щелочных металлов с поперечной диодной накачкой. Получены аналитические формулы, описывающие работу высокоинтенсивного лазера при односторонней и двухсторонней диодной накачке. Показано, что эффективность генерации лазера на парах щелочных металлов может быть увеличена при поперечной накачке в двух ортогональных направлениях. Исп.: А.И. Пархоменко, А.М. Шалагин Пубикации:
Исследование транзиторных эффектов в спектрах щелочных металлов в оптических ячейках с антирелаксирующим покрытием высокого качестваПроведены эксперименты, в которых лазерным излучением сканировался частотный спектр D1 линии естественной смеси паров Rb 85 и Rb 87 в вакуумной ячейке с парафиновым покрытием внутренних стенок. Скорость сканирования варьировалась от 1 Hz до 60 Нz. Магнитное поле не экранировалось и соответствовало магнитному полю Земли. Главное внимание уделялось поведению пиков D1 линии Rb 85. Экспериментальные и теоретические результаты находятся в хорошем согласии. Были объяснены особенности в соотношениях пиков D1 линии в зависимости от скорости сканирования и направления изменения частоты лазера и связь со скоростью релаксации ядерного спина. Численным моделированием показано, что величина пиков существенно уменьшается (почти в 2 раза) при нулевом магнитном поле из-за накачки по зеемановским подуровням. Исп.: К.А. Насыров Публикации:
2016Изучение специфики нелинейных интерференционных эффектов (НИЭФ) в трёхуровневых системах, на одном из переходов которых действует излучение в состоянии типа «кошки Шредингера»Подробно исследована специфика нелинейных интерференционных процессов в трёхуровневой Ʌ-системе, на одном из переходов которой действует многофотонное поле, генерируемое источником состояния типа «кошки Шредингера», а на втором – обычное классическое поле [1]. В предположении быстрого восстановления энергии поля источником найдены и решены уравнения эволюции атома. Обнаружено явление возникновения сильных корреляций (квантовой зацепленности) атома и поля. Его следствием является исчезновение «тёмного резонанса», что приводит к существенной модификации вида зависимости спектра от расстроек частот полей на каждом переходе. Исп.: Л.В Ильичев, В.А. Томилин Публикации:
Расчёт по точным формулам классической механики относительной разности транспортных частот столкновений для ионов кальция при их столкновении с атомами водородаПо известным потенциалам взаимодействия численно рассчитаны транспортные частоты столкновений ионов Ca+ в различных состояниях с нейтральными атомами водорода и гелия. Эти данные необходимы для расчёта сепарации изотопов Ca под действием эффекта СИД ионов Ca+ в атмосферах химически пекулярных звёзд (СР-звезды). Наши расчёты показали, что сепарация изотопов Ca под действием СИД ионов Ca+ в условиях атмосфер холодных СР-звёзд (T = 6600 K) на порядок более эффективна по сравнению с сепарацией, обусловленной световым давлением. Эффект СИД проявляется таким образом, что тяжёлый изотоп ионов 48Ca+ выталкивается в верхние слои атмосферы. В атмосферах CP-звёзд с ростом эффективной температуры уменьшается скорость СИД ионов Ca+ и увеличивается скорость дрейфа под действием светового давления. В атмосферах CP-звёзд с эффективной температурой T = 8500 K величины проявления эффектов СИД и светового давления примерно одинаковые. Полученные результаты позволили объяснить причину наблюдаемых изотопных аномалий кальция в атмосферах химически пекулярных звёзд. Исп.: А.И. Пархоменко, А.М. Шалагин Публикации:
Исследование резонансов электромагнитно-индуцированной прозрачности при двухфотонном (780 нм + 480 нм) возбуждении ридберговских состояний атомов рубидия при комнатной температуреВыполнены эксперименты по возбуждению атомов рубидия в ридберговские состояния в схеме резонансов электромагнитно-индуцированной прозрачности. Зарегистрированные резонансы имеют ширину большую, чем предсказывает теория, из-за несовершенства системы стабилизации частоты излучения лазера на 960 нм. В настоящее время анализируются возможные пути решения этой проблемы. Поскольку главная задача создания ридберговского возбуждения атомов рубидия является применение его в задачах с ультрахолодными атомами, параллельно выполнялись совместно с ИВТ СО РАН теоретические и экспериментальные исследования по взаимодействию конденсированных и неконденсированных атомов рубидия в вырожденных бозе-газах при конечных температурах. Исп.: П.Л. Чаповский Публикации:
Оценка оптическими методами качества антирелаксирующего покрытия в оптических ячейках для регистрации магнито-оптических резонансовПредложен оптический метод для определения качества антирелаксирующего покрытия вакуумной оптической ячейки, заполненной парами щелочных металлов. Такие ячейки используются для регистрации и изучения магнито-оптических резонансов. Суть метода состоит в облучении ячейки узким резонансным лазерным лучом в импульсном режиме и регистрации временной формы интенсивности флуоресценции. Созданы численная модель и её компьютерная реализация, расчёты по которой позволяют по форме интенсивности флуоресценции вычислить качество антирелаксирующего покрытия. Точность метода зависит от соотношения размеров лазерного луча и радиуса ячейки. Влияние внешнего магнитного поля не учитывается. Исп.: К.А. Насыров Публикации:
2015Изучение специфики простейших нелинейно-спектроскопических явлений в двухуровневой системе в поле с состоянием типа «кошки Шредингера»Исследована резонансная флуоресценция двухуровневого атома, помещённого в неклассическое поле, находящееся в суперпозиции когерентных состояний. В приближении сильного поля найдено стационарное состояние системы, а также вычислен спектр резонансной флуоресценции атома и проведено его сравнение с известной обычной ситуацией, когда поле, с которым взаимодействует атом, является классическим. Исп.: Л.В Ильичев, В.А. Томилин Публикации:
Расчёт по точным формулам классической механики относительной разности транспортных частот столкновений для ионов при их столкновениях с нейтральными частицамиИсследован механизм сепарации химических элементов и изотопов в атмосферах химически пекулярных звёзд (СР-звезды), обусловленный эффектом светоиндуцированного дрейфа (СИД) ионов. Эффективность процессов сепарации под действием СИД пропорциональна относительной разности транспортных частот столкновений ионов тяжёлых элементов, находящихся в основном и возбуждённом состояниях, с нейтральными буферными частицами (водородом и гелием). По известным потенциалам взаимодействия и по точным формулам классической механики численно рассчитана относительная разность транспортных частот столкновений для ионов Be+, Mg+, Ca+, Sr+, Cd+, Ba+, Al+ и C+, находящихся в атомарном водороде. Расчёты показали, что при температурах T = 7000-20000 K, характерных для атмосфер СР-звёзд, для относительной разности транспортных частот столкновений ионов достигаются значения 0.1-0.4. При такой относительной разности транспортных частот столкновений скорость СИД ионов в атмосферах холодных CP-звёзд (T<10000 K) может достигать значений 0.1 см/c. Это означает, что сепарация химических элементов под действием СИД ионов в условиях атмосфер холодных СР-звёзд может быть на порядок более эффективна по сравнению с сепарацией, обусловленной световым давлением. В атмосферах более горячих звёзд (20000 K > T > 10000 K) можно ожидать примерно одинаковую величину проявления эффектов СИД и светового давления. В очень горячих звёздах (T > 20000 K) эффект СИД проявляется очень слабо. Исп.: А.И. Пархоменко, А.М. Шалагин Публикации:
Разработка и создание установки для двухфотонного (780 нм + 480 нм) возбуждения атомов рубидия в ридберговские состояния излучениями непрерывных лазеров. Частоты возбуждающих излучений будут задаваться прецизионной системой имеющей точность на уровне 2 МГцВ 2015 году была создана установка для двухфотонного возбуждения атомов рубидия в ридберговские состояния непрерывными излучениями с длинами волн 780 нм и 480 нм и выполнены первые эксперименты. Возможности установки были протестированы в экспериментах по ридберговскому возбуждению атомов рубидия при комнатной температуре в режиме резонансов электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИП). Схема важных для этого эксперимента уровней атомов 87Rb представлена на Рис.1.
Рис. 1. Схема рабочих уровней атомов 87Rb в эксперименте по регистрации резонансов ЭИП. Справа указаны величины сверхтонкого расщепления в МГц и длины волн возбуждающих излучений, слева – угловые моменты сверхтонких состояний и конфигурации атомных уровней.
Рис.2. Резонанс электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИП) при ступенчатом возбуждении атомов 87Rb на переходах 5S1/2 (Fg = 2) -> 5P3/2 (F = 3) -> 38S1/2 (F = 2). Частотные шкалы указаны для второй гармоники длиной волны 480 нм. a – ЭИП резонанс, зарегистрированный при модуляции интенсивности 480 нм. b: original – дисперсионный контур ЭИП резонанса, зарегистрированного при частотной модуляции излучения 780 нм; integral – результат интегрирования дисперсионного контура. Исп.: П.Л. Чаповский Публикации:
Численное моделирование нелинейных оптических явлений в спектроскопии однонаправленных волнМетодом численного моделирования исследованы физические процессы, формирующие резонансы насыщенного поглощения в поле однонаправленных волн. Впервые обнаружена пиковая структура резонанса насыщенного поглощения на переходе между невырожденными состояниями атома в газовой среде (инверсия). Условия реализации пиковой формы резонанса насыщенного поглощения определяются соотношением скоростей распада нижнего и верхнего состояний на третьи уровни, а его ширина, - скоростью релаксации нижнего долгоживущего состояния. Исп.: Э.Г. Сапрыкин, А.М. Шалагин Публикации:
Исследование магнито-оптических резонансов в оптических ячейках с антирелаксирующим покрытием для атомов со сверхтонкой структурой внутри доплеровского конура линии (на примере атома калия)Разработана модель взаимодействия поляризованнного излучения в оптических ячейках с антирелаксирующим покрытием стенок для исследования светоиндуцированной прозрачности (СИП). Эта модель применялась для разных кофигураций формирования СИП и разной эффективности оптической накачки, которая зависит от характеристик покрытия и энергетической структуры атомов. Она была апробирована в исследовании СИП с вырожденными Зеемановскими подуровнями в 39K D1 и Cs D2 линиях, которые демонстрируют почти пренебрежимую и относительно сильную оптическую накачку сверхтонкой структуры соответственно. Результаты сравнивались с экпериментальными данными, показывая хорошее согласие; в частности, в случае 39K D1 линии, контраст резонанса СИП остается высоким и в ячейках с антирелаксирующим покрытием. Это объясняется эффективной компенсацией оптической накачки при сверхтонком расщеплении сравнимого с доплеровским уширением линии. Исп.: К.А. Насыров Публикации:
2014Исследование нелинейных резонансов в V- и Λ-схемах с двумя полями, одно из которых является многофотонным состоянием типа «кошки Шредингера», восстанавливаемой с помощью системы обратной связиИсследовано стационарное состояние квантованной монохроматической электромагнитной моды в резонаторе, возбуждаемой монохроматической когерентной накачкой и помещённой в цепь обратной связи, меняющей фазу моды на π после каждой регистрации фотона, покинувшего резонатор. На таком типе обратной связи основан метод предотвращения разрушения когерентности в состояниях типа "кошки Шредингера". Приведены результаты численного определения P-функции Глаубера при разных значений отстройки частоты моды от частоты накачки. Дано качественное объяснение некоторых особенностей структуры P-функции. В случае, когда собственная частота резонатора и частота внешней когерентной накачки сильно различаются, предложена упрощённая модель, позволяющая с достаточной степенью точности описывать поведение системы. Реализован новый подход к проблеме описания резонансной флуоресценции мультиатомных ансамблей, локализованных на масштабе, малом в сравнении с длиной волны, Как известно, коллективные явления затрудняют теоретический анализ. Нами применено представление Холстейна–Примакова для операторов энергетического спина атомов. При достаточно малой дисперсии числа возбуждённых атомов в ансамбле, соответствующее кинетическое уравнение сводится к уравнению для эффективной бозонной моды. Новое уравнение оказывается нелинейным. Тем не менее, его стационарное решение удаётся найти. Также рассмотрено движение двух флуоресцирующих ансамблей. Оказалось, что их взаимодействие имеет геометрическую природу. Рассчитана статистика событий фотоиспусканий в компоненты триплета резонансной флуоресценции двухуровневого атома в классическом световом поле, фаза которого с помощью системы обратной связи меняется на ±2π/3, 0 в зависимости от компоненты триплета, к которой принадлежит очередной зарегистрированный спонтанный фотон. Отличие от случая отсутствия обратной связи, равно как и от случая частотно-неселективной обратной связи оказалось очень значительным – предсказана группировка фотоиспусканий в каждый из боковых компонент триплета, а последовательные фотоиспускания в различные боковые компоненты демонстрируют антигруппировку. Тип статистики можно менять, перестраивая частоту накачивающей волны относительно резонанса. Исп.: Л.В Ильичев, В.А. Томилин Публикации:
Исследование спектральных аномалий в эффекте светоиндуцированного втягивания (выталкивания) частиц в световой пучок (СДВ) для общего случая произвольного соотношения масс поглощающих и буферных частиц.Рассчитана форма линии для эффекта светоиндуцированного диффузионного втягивания (выталкивания) частиц в световой пучок (СДВ) с учётом зависимости транспортных частот столкновений от скорости. Показано, что спектральная зависимость сигнала СДВ совпадает с формой линии поглощения, а величина эффекта СДВ пропорциональна разности коэффициентов диффузии частиц в возбуждённом и основном состояниях. Выяснено, что для общего случая произвольного соотношения масс поглощающих и буферных частиц спектральные аномалии в эффекте СДВ не возникают. Исп.: А.И. Пархоменко, А.М. Шалагин Публикации:
Создание системы возбуждения и регистрации атомов рубидия в ридберговских состоянияхДвухфотонное возбуждения атомов рубидия в ридберговские состояния будет осуществляться излучениями 780 нм + 480 нм. Излучение 780 нм нужного качества и мощности уже имеется в нашей установке для получения бозе-эйнштейновского конденсата атомов рубидия. В 2014 году создана лазерная система для генерации непрерывного излучения 480 нм. Создан полупроводниковый усилитель лазерного излучения на длине волны 960 нм на основе ленточного усилителя фирмы m2k-laser GmbH (Германия). Реализована система задающий генератор – полупроводниковый усилитель с мощность непрерывного излучения на выходе усилителя более 0.5 Вт. Мощное излучение на 960 нм использовано для получения второй гармоники (480 нм) в однопроходном генераторе второй гармоники на основе периодически поляризованного кристалла КТР фирмы AdvR (США). Создана установка для альтернативного способа генерации второй гармоники (большей мощности и лучшего качества) с использованием резонансного удвоителя частоты излучения FD-SF-07, фирмы Tekhnoscan, Новосибирск. Исп.: П.Л. Чаповский Публикации:
Выявление роли нелинейных и когерентных явлений в спектроскопии однонаправленных волн. Анализ изотопических оптикомагнитных резонансов, зарегистрированных на изолированных линиях неонаМетодом численного моделирования исследованы физические процессы, формирующие резонансы насыщенного поглощения и магнитного сканирования в поле встречных волн произвольной интенсивности при изменении их поляризаций. На примере атомного перехода с моментом уровней J=1 показано, что наблюдаемые на опыте аномалии спектров насыщенного поглощения определяются степенью открытости атомного перехода, в случае же магнитного сканирования они обусловлены магнитной когерентностью, наводимой полями непосредственно на уровнях нижнего состояния, а не переносом её с возбуждённых состояний, как представлялось ранее. [1] При регистрации свечения отдельных спектральных линий тлеющего разряда в смеси изотопов 20Ne и 22Ne в зависимости от напряженности продольного магнитного поля наблюдаются сильно смещенные узкие резонансы. Обнаружено, что контраст резонансов выше для высоко возбужденных переходов, а сами резонансы формируются в зоне продольной пространственной неоднородности магнитного поля. [2] Исп.: Э.Г. Сапрыкин, В.А. Сорокин, А.М. Шалагин Публикации:
Расчёт магнитооптических резонансов в ячейках с антирелаксирующим покрытием для щелочных атомов с неразрешённой сверхтонкой структурой основного состоянияРазвит метод для расчёта магнито-оптических резонансов в парах щелочных металлов в оптических ячейках с антирелаксирующим покрытием высокого качества. Разработан метод определения качества покрытия, суть которого состоит в том, чтобы детектировать временное изменение интенсивности флуоресценции при импульсном облучении ячейки резонансным лазерным излучением. Метод был успешно апробирован экспериментально в вакуумных ячейках с парафиновым покрытием, содержащих пары рубидия. Публикации:
Программа III.9 фундаментальных исследований ОФН РАН «Фундаментальная оптическая спектроскопия и ее приложения». Проект III.9.1 Исследование спектроскопических эффектов при взаимодействии излучения со структурированными средами и с газом высокого давления в резонансных условиях
Решение уравнений генерации излучения в лазере на парах щелочных металлов с поперечной диодной накачкойТеоретически исследована работа лазера на парах щелочных металлов с поперечной диодной накачкой. Найдены аналитические решения уравнений, описывающих лазерную генерацию. На их основе выявлены условия наиболее эффективной работы лазера. В частности, выяснено, что если использовать зеркало, возвращающее не поглощенную часть излучения накачки обратно в активную среду, эффективность преобразования накачки в генерацию существенно повышается. Как показали оценки, в оптимальных условиях с одного кубического сантиметра активной среды может сниматься мощность до 1 КВт в непрерывном режиме генерации. Публикации:
Кроме того: Количественно исследована точность одномерного приближения для решения задач светоиндуцированной газовой кинетики. На примере эффекта светоиндуцированного дрейфа (СИД) атомов цезия в атмосфере инертных буферных газов показано, что в случае так называемого «нормального» СИД всегда можно использовать одномерные кинетические уравнения вместо трёхмерных без риска потерять какие-либо важные тонкие детали в зависимости скорости дрейфа от частоты излучения. В случае аномального СИД погрешность одномерного приближения незначительна и ею можно пренебречь только в случае лёгких буферных частиц. Выяснено, что погрешность, вносимая при использовании одномерного приближения, для многоуровневых частиц оказывается более существенной, чем для простейших моделей частиц. Публикации:
2013Определение статистики фотоиспусканий в компоненты триплета резонансной флуоресценции двухуровневого атома, помещённого в цепь обратной связи с переключением знака напряжённости светового поля после регистрации очередного спонтанного квантаРассчитана статистика событий фотоиспусканий в компоненты триплета резонансной флуоресценции двухуровневого атома в классическом световом поле, фаза которого с помощью системы обратной связи меняется на $\pi$ после регистрации очередного спонтанного фотона, и проведено её сравнение со случаем, когда обратная связь отсутствует. В отличие от известной задачи о статистике резонансной флуоресценции двухуровневого атома, в каждой из боковых компонент триплета по отдельности наблюдается группировка фотоотсчётов. Предсказана также антикорреляция фотоиспусканий в боковые компоненты, а характером корреляций между испусканием в центральную компоненту триплета и в какую-нибудь из боковых можно управлять, меняя отстройку частоты излучения от резонансной. Исп.: Л.В Ильичев Публикации:
Расчёт и анализ формы линии СИД для атомов Rb и Cs, находящихся в бинарной буферной смеси инертных газов или в однокомпонентном буферном газе, с целью выявления параметров среды (температура, доли компонентов в бинарной буферной смеси), при которых следует ожидать проявления аномального СИД атомов Rb и CsТеоретически исследован аномальный светоиндуцированный дрейф (СИД) атомов Rb и Cs, находящихся в однокомпонентном буферном газе или в различных бинарных буферных смесях инертных газов. Расчёты проведены на основе известных (вычисленных ab initio) потенциалов взаимодействия для атомов Rb и Cs, находящихся в атмосфере различных инертных буферных газов. Выявлены параметры среды (температура, доли компонентов в бинарной буферной смеси), при которых следует ожидать проявления аномального СИД атомов Rb и Cs. Полученные результаты дают возможность высокоточного тестирования в экспериментах по СИД межатомных потенциалов взаимодействия, использованных для расчётов спектральной формы сигнала аномального СИД, ввиду того, что форма линии аномального СИД сильно чувствительна к различию потенциалов взаимодействия резонансных атомов в основном и возбуждённом состояниях с буферными частицами. Исп.: А.И. Пархоменко, А.М. Шалагин Публикации:
Создание системы возбуждения и регистрации атомов рубидия в ридберговских состоянияхВ 2013 году нами запланировано создание системы возбуждения атомов рубидия в ридберговские состояния. Такая лазерная система необходима для выполнения исследований ультрахолодных атомов и бозе-конденсатов с атомами рубидия, возбуждёнными в ридберговские состояния. Возбуждение атомов рубидия в ридберговские состояния будет использовано нами для изменения оптическими методами величины межатомных взаимодействий в газе ультрахолодных атомов и бозе-конденсатов. Мы реализуем в настоящее время две схемы возбуждения ридберговских состояний: двухфотонную схему (возбуждение непрерывными излучениями на 780 нм и на 480 нм) и трёхфотонную схему (возбуждение непрерывными излучениями на 780 нм, 776 нм и 1310 нм). Каждая из этих схем обладает своими преимуществами и достоинствами и недостатками. В 2013 году получены следующие результаты по реализации схем лазерного возбуждения ридберговских состояний атомов рубидия. Излучение на 780 нм в обеих схемах возбуждения будет создано с помощью охлаждающего лазера магнитооптической ловушки. Такой лазер уже имеется в нашей установке. Его частота стабилизирована с точность примерно 1 МГц, а интенсивность излучения усиливается с помощью ленточного полупроводникового усилителя до мощности примерно 0,5 Вт. Для двухфотонной схемы возбуждения (780+480) необходимо создание лазерной системы генерирующей излучение с длиной волны в области 480 нм. Для этой схемы мы планируем удваивать частоту непрерывного излучения полупроводникового лазера на 960 нм. Лазер на 960 нм со стабилизированной частотой излучения нами уже создан. В 2013 году нами создан удвоитель частоты излучения этого лазера и получена вторая гармоника излучения 960 нм. Для этого удвоителя частоты излучения использован волноводный PPLN кристалл KTP фирмы AdvR (США). Эффективность преобразования пока мала из-за малой интенсивности излучения 960 нм. Для увеличения интенсивности излучения 960 нм мы планируем применить полупроводниковый ленточный усилитель. Такой усилитель в настоящее время нами изготавливается. Параллельно, мы реализуем ещё один, альтернативный, подход к удвоению частоты непрерывного излучения 960 нм -> 480 нм, на основе внутрирезонаторного генерирования второй гармоники. Аппаратура для реализации такого подхода будет изготовлена по нашему заказу фирмой «Техноскан» (Новосибирск). Техническое задание составлено, конкурс проведён, готовится подписание контракта на изготовление оборудования. Для реализации трёхфотонной схемы возбуждения ридберговских состояний рубидия (780+776+1310) требуется создание лазеров на 776 нм и 1310 нм. Мы уже располагаем лазером на 1310 нм фирмы Toptica. Нами приобретён лазерный диод на 776 нм, который будет установлен в лазер DL100 (Toptica). Для этого нам необходимо заменить лазер перекачки магнитооптической ловушки на другой лазер. Мы приобрели полупроводниковый лазерный диод с распределённой обратной связью (DFB лазер) и планируем сделать на его основе новый перекачивающий лазер на 780 нм пригодный для магнитооптической ловушки. Нами уже получена стабилизация частоты излучения DFB лазера как с помощью системы стабилизации по эффекту кругового дихроизма так и по нулю первой производной. Исп.: П.Л. Чаповский
Выявление роли нелинейных и когерентных явлений в спектроскопии встречных волн, во флуоресценции атомов вблизи макротел, анализ опытных данных об оптикомагнитных резонансах в интегральном излучении изотопов неонаИсследованы формы резонансов насыщенного поглощения в V- типах переходов, образуемых при снятии вырождения уровней. Показано, что инвертированная форма резонанса при встречном распространении волн обусловлена когерентными процессами. Проведён теоретический анализ физических процессов, приводящих к различию спектров насыщенного поглощения и магнитного сканирования при изменении взаимной ориентации плоскостей поляризации встречных волн одной частоты. В простой модели атомного перехода с J=1 показано, что для долгоживущего нижнего состояния в стационарных условиях основным процессом, определяющим особенности поведения амплитуды резонанса насыщенного поглощения и спектра магнитного сканирования от взаимной ориентации поляризаций световых волн, является магнитная когерентность, наводимая сильным полем линейной поляризации на нижних уровнях атомного перехода, Обнаружено, что в случае ортогональных поляризаций полей вид формы нелинейного резонанса существенно зависит от степени открытости атомного перехода и может иметь как форму провала, так и форму пика на доплеровском контуре линии поглощения. В то время как при параллельных поляризациях полей влияние степени открытости перехода мало, а нелинейный резонанс всегда проявляется в виде провала. Произведена предварительная идентификация оптикомагнитных резонансов в излучении смеси изотопов неона. Продемонстрировано количественное совпадение положения оптикомагнитных резонансов с изотопическими сдвигами в системе термов неона. Изучено влияние параметров смеси на форму оптикомагнитных резонансов в интегральном спектре излучения. Исп.: Э.Г. Сапрыкин, В.А. Сорокин, А.М. Шалагин Публикации:
Развитие математических методов для расчёта формы магнитооптического резонанса в оптических ячейках с хорошим качеством антирелаксирующего покрытия (более 100 соударений атома со стенкой без изменения спина)Продолжено исследование особенностей магнитооптического резонанса в поляризованном излучении в вакуумной ячейке с антирелаксирующим покрытием стенок. Такие покрытия (например, парафин) не меняют спин атома при большом количестве соударений со стенкой. Была создана математическая модель и программы для расчёта магнитооптического резонанса в ячейках с антирелаксирующим покрытием, когда спин атома сохраняется до 10 соударений со стенкой. Были проведены численные сравнения контрастности резонанса в ячейках с Cs и K. Контраст в ячейке с K оказался намного выше, чем для ячейки с Cs при одних и тех же сопоставимых условиях. Причина этого: в K отсутствует оптическая накачка по сверхтонкой структуре, поскольку она не разрешается на фоне доплеровского уширения. Продолжается развитие математической модели для расчёта магнитооптического резонанса в ячейках с покрытием, выдерживающих до 1000 соударений атом с сохранением спина. Публикации:
Решение уравнений распространения излучения в усилительной секции лазера на парах щелочных металлов с поперечной диодной накачкой с учётом эффекта насыщения за счёт волны накачкиТеоретически исследована работа усилителя лазерного излучения на парах щелочных металлов с поперечной диодной накачкой. Работа усилителя описывается довольно сложной системой дифференциальных уравнений, которая в общем случае поддаётся решению только численными методами. Для случая высокой интенсивности усиливаемого излучения получено аналитическое решение, которое позволяет исчерпывающе полно определить любые энергетические характеристики усилителя излучения и найти оптимальные для наиболее эффективной работы усилителя параметры рабочей среды (давление буферного газа и паров щелочных металлов), излучения накачки (интенсивность и ширина спектра) и геометрические параметры.
Рис. 1. Схема усилителя лазерного излучения на парах щелочных металлов с поперечной диодной накачкой
2012Исследование динамики когерентно пленённых атомов в квантованных световых полях
Исп.: Л.В Ильичев Публикации:
Исследование особенностей проявления магнито-оптического резонанса в парах щелочных металлов, облучаемых поляризованным излучением, в ячейках с антирелаксационным покрытиемСоздана математическая модель и программы для расчёта магнитооптического резонанса в ячейках с антирелаксирующим покрытием. Расчёты показали, что в таких ячейках усиливается контраст резонанса и его форма становится асимметричной в эллиптически поляризованном свете. В отличие от вакуумных ячеек без покрытия, где причина магнитооптического резонанса – эффект Ханле (разрушение ориентации или выстраивания углового момента магнитным полем), в ячейках с покрытием реализуется другая физика формирования резонанса – оптическая накачка по сверхтонким состояниям в поле эллиптически поляризованного света, которая накапливается при каждом пересечение атомом лазерного пучка, в условиях, когда атом сохраняет свой спин при столкновениях со стенкой ячейки. Исп.: К.А. Насыров Публикации:
Исследование времени жизни бозе-эйнштейновского конденсата рубидия в магнитной ловушкеВыполнена модернизация установки для получения бозе-эйнштейновской конденсации атомов 87Rb. Разработана и изготовлена новая квадрупольная магнитная ловушка МОТ для лазерного охлаждения рубидия и новая магнитная ловушка QUIC для получения конденсата. Реализована новая схема стабилизации и прецизионного измерения частот излучения лазеров. Точность измерения на уровне 1 МГц, число измеряемых лазеров до четырёх. Система снабжена специальным реперным лазером, имеющим высокую стабильность частоты излучения, на уровне 100 кГц. Выведено квантовое кинетическое уравнение для движения примесного атома в атомарном конденсате, находящемся в состоянии когерентного пленения населённостей селективном по скоростям. Исп.: П.Л. Чаповский Публикации:
Исследование эффективности проявления светоиндуцированного дрейфа (СИД) ионов в атмосферах химически пекулярных звёздНа основе появившихся в литературе данных о потенциалах взаимодействия возбуждённых и невозбуждённых ионов некоторых элементов (Be, Mg, Ca) с атомами водорода и гелия вычислены относительные изменения транспортных частот столкновений этих ионов, которые оказались практически такими же, как и для нейтральных атомов. Это означает, что в атмосферах химически пекулярных звёзд СИД ионов проявляется почти так же эффективно, как и в случае нейтральных атомов, вопреки тому, что принято в литературе по этому вопросу. В итоге показано, что сепарация химических элементов под действием СИД ионов в условиях атмосфер холодных СР-звёзд может быть на порядок более эффективна по сравнению с сепарацией, обусловленной световым давлением. В атмосферах более горячих звёзд (20000 K > T > 10000 K) можно ожидать примерно одинаковую величину проявления эффектов СИД и светового давления. Найдены простые и наглядные аналитические решения уравнений, описывающих работу усилительной секции лазера на парах щелочных металлов с поперечной диодной накачкой. Эти решения позволяют выбрать оптимальные условия для обеспечения максимального КПД лазера. (Работа выполнена в рамках программы ОФН РАН). Материал подготовлен для публикации. Исп.: А.И. Пархоменко, А.М. Шалагин Публикации:
2011Исследование проявления сверхузкого резонанса на фоне обычного магнито-оптического резонанса при облучении паров атомарного натрия широкополосным лазерным излучениемВ конфигурации Ханле изучался экспериментально и теоретически резонанс КПН в вакуумной ячейке с парами атомов Na. Использовалось многомодовое лазерное излучение для исключения сверхтонкой оптической накачки, что обеспечивает эффективный контраст резонанса. На фоне широкого обычного резонанса наблюдался узкий N-резонанс, на два порядка уже основного и малочувствительный к уширению мощностью лазера. Разработана новая теоретическая модель, описывающая резонанс в широкополосном лазерном свете. Малая ширина резонанса N связана с длительностью времени, необходимого для повторного попадания атомов в лазерный луч без рандомизации их ориентации при столкновении со стенкой ячейки. На основании представленных исследований, может быть разработана новая простая методология для тестирования параметров покрытия оптических ячеек. Исп.: К.А. Насыров Публикации:
Приложение метода квазичастиц к теоретическому описанию процессов в атомарных бозе-конденсатах (комбинационное рассеяние и эффекты межатомных взаимодействий), в том числе в конденсатах при когерентном пленении населённостей.Теоретически исследовано комбинационное рассеяние электромагнитной волны на однородном конденсате. Показано, что этот процесс удобно описывать в терминах квазичастиц особого рода – квазиатомов и квазифотонов. Вычислена структура и спектр квазичастиц вне и внутри интервала неустойчивости, а также стационарное состояние при наличии диссипации (гибели атомов и фотонов). Теоретически изучены необычные свойства конденсата атомов, находящихся в состоянии селективного по скоростям когерентного пленения населённостей. Особенностью такого конденсата является квантовая зацепленность спиновых и поступательных степеней свободы атомов. Межатомное взаимодействие и поступательное движение приводит к стационарному контролируемому диссипацией состоянию надкондесатных атомов. Найден его явный вид. Найдены также структура и спектр квазичастиц, возникающих в надконденсатной части при выключении оптических полей, обеспечивающих когерентное пленение. В рамках схемы рамзеевского интерферометра исследуется процесс возникновения фазовых корреляций между двумя полевыми модами в результате последовательного пролёта серии резонансных двухуровневых атомов через области полей. Эффект корреляции анализируется в терминах дисперсии косинуса межмодовой разности фаз. Получен простой закон в подходе с классическими полями. Исследован также случай квантованных полей. При этом проведён сравнительный анализ четырёх разных подходов к описанию фазы поля в квантовой оптике и выявлено явное преимущество супероператорного подхода М. Бана. Исп.: Л.В Ильичев Публикации:
Экспериментальные и теоретические исследования спектральных и оптических характеристик атомов рубидия охлаждённых до сверхнизких температур в магнитной ловушке.Получена бозе-эйнштейновская конденсация атомов 87Rb. Это первая и пока единственная установка в России для получения бозе-конденсата. Конденсация достигается в несколько этапов. На первом этапе 3х109 атомов захватываются и охлаждаются до температуры 200 микроК в магнитооптической ловушке. Затем атомы переносятся в магнитную ловушку типа QUIC, имеющую гармонический потенциал цилиндрической формы с отношением частот 20. Далее в магнитной ловушке осуществляется ВЧ испарительное охлаждение атомов рубидия. Конденсат содержит 105–106 атомов, находящихся в сверхтонком состоянии Fg=2 основного электронного состояния рубидия. Измерена форма свободно падающего облака конденсированных и неконденсированных атомов. Неконденсированные атомы (температура атомов 0.6 микроК) разлетаются изотропно. Конденсированные атомы разлетаются анизотропно: кинетическая энергия атомов в аксиальном направлении <50 пикоК, энергия в радиальном направлении 130 наноК. Исп.: П.Л. Чаповский Публикации:
Вывод квантовых кинетических уравнений, адекватно описывающих нелинейные эффекты в крыле спектральной линии поглощения атомов, обусловленные неравенством вероятностей поглощения и вынужденного испускания излучения при столкновениях.Выведены квантовые кинетические уравнения для матрицы плотности с интегралом столкновений, описывающим нелинейные эффекты в крыльях спектральных линий. Показано, что из этих уравнений естественным образом следует установленное ранее соотношение между спектральными плотностями вторых коэффициентов Эйнштейна. Установлен факт отсутствия роста интенсивности испускания как в «красном», так и в «синем» крыльях спектральных линий. В приближении эйконала рассчитаны эффективные частоты столкновений. Установлена связь вероятностей поглощения и вынужденного испускания с характеристиками излучения и элементарного акта рассеяния. На примере степенного потенциала взаимодействия показано, что квантовомеханический расчёт частот столкновений в приближении эйконала и известная ранее теория крыла спектральной линии дают близкие результаты для вероятности поглощения излучения. Исп.: А.И. Пархоменко, А.М. Шалагин Публикации:
1. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Спектроскопия пробного поля в двухуровневых системах в условиях произвольной фазовой памяти при столкновениях. // ЖЭТФ, 2005, т. 127, вып. 2, с. 320–330. 2. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Спектроскопия пробного поля в трехуровневых Λ-системах в условиях произвольной столкновительной релаксации низкочастотной когерентности. // ЖЭТФ, 2005, т. 128, вып. 6, с. 1134-1144. 3. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Эффекты фазовой памяти в спектроскопии пробного поля двухуровневых систем при малых частотах столкновений. // ЖЭТФ, 2006, т. 129, вып. 3, с. 465-476. 4. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Спектроскопия пробного поля в двухуровневых системах при малом допплеровском уширении. // Оптика и спектроскопия, 2006, т. 100, № 3, с.374-381. 5. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Аномальное поглощение света в нерезонансных условиях. // Квантовая электроника, 2007, т. 37, № 6, с. 453–464. 6. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Cпектральные особенности взаимодействия двух полей произвольной интенсивности с трехуровневыми Λ–системами. // Оптика и спектроскопия, 2007, т. 103, № 6., с. 1018–1022. 7. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Cпектроскопия пробного поля на переходе из основного состояния. // ЖЭТФ, 2007, т. 132, вып. 6, с 1251–1265. 8. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Влияние столкновений на спектр резонансной флуоресценции. // ЖЭТФ, 2008, т. 133, вып. 5, с. 984–995. 9. Пархоменко А. И., Усольцев А. Н., Шалагин А. М. Индуцированное столкновениями усиление коротковолнового излучения на переходах в основное состояние атомов // ЖЭТФ, 2008, т. 134, вып. 2, с. 211–220. 10. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Влияние эффектов фазовой памяти при столкновениях на спектр резонансного комбинационного рассеяния. // Квантовая электроника, 2009, т. 39, № 2, с. 163–170. 11. Марков В. Р., Пархоменко А. И., Плеханов А. И., Шалагин А. М. Генерация на резонансном переходе атомов натрия при нерезонансном оптическом возбуждении. // ЖЭТФ, 2009, т. 136, вып. 2, с. 211–223. 12. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Индуцированное столкновениями усиление излучения двухуровневыми системами без инверсии населенностей. // Квантовая электроника, 2009, т.39, № 12, с. 1143–1147. 13. Пархоменко А. И., Шалагин А. М. Аномально большое поглощение пробного поля в нерезонансных условиях. // В кн.: Оптическая спектроскопия и стандарты частоты, т. 3: Спектроскопия конденсированных сред. Лазеры и стандарты частоты, с. 306–317. / Под ред. Виноградова Е. А., Синицы Л. Н. – Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2009.
1. Чаповский П.Л., Вебер С.Л., Багрянская Е.Г. Разделение ядерных спиновых изомеров молекул воды методом селективной адсорбции. // XVI Симпозиум «Современная Химическая Физика», XVI Симпозиум, 20.09 – 01.10 2004, Туапсе, Россия. Сб. Тезисов, с. 77(2004) 2. Чаповский П.Л., Пермякова О.И., Яковлев А.В. Стабилизированный по частоте полупроводниковый лазер с внешним резонатором. // «Советское радио», Квантовая электроника, 35, №5, 449 (2005) 3. Чаповский П.Л. Компактная магнитооптическая ловушка для атомов рубидия. // ЖЭТФ, т.127, №5, 1035 (2005) 4. Чаповский П.Л., Вебер С.Л., Багрянская Е.Г. О возможности обогащения ядерных спиновых изомеров молекул H2O при помощи адсорбции. // ЖЭТФ, т.129, №1, 86 (2006). 5. Чаповский П.Л. Импульсное заполнение темной магнитооптической ловушки для атомов рубидия. // «Советское радио», Квантовая электроника, 36, № 3, 257 (2006) 6. Чаповский П.Л. Спектральные характеристики холодных атомов рубидия в темной магнитооптической ловушке. // ЖЭТФ, т.130, №5, 820 (2006) 7. Chapovsky P.L., Permyakova O.I., Yakovlev A.V. Rubidium lifetime in a dark magneto-optical trap. // http://xxx.lanl/gov/abs/physics/0612235 8. Чаповский П.Л. Наблюдение нелинейно-оптических резонансов, индуцированных эффектом отдачи, в темной магнитооптической ловушке // Письма в ЖЭТФ, т.86, №2, 84 9. Чаповский П.Л., Пермякова О.И., Яковлев А.В. Измерение времени жизни атомов рубидия в темной магнитооптической ловушке. // «Советское радио», Квантовая электроника, 38, № 9, 884 (2008) 10. Chapovsky P.L. Velocity distribution of cold rubidium atoms in a dark magneto-optical trap. // The fifth international symposium Modern Problems of Laser Physics, Novosibirsk, Russia, 24-30 August 2008, Technical Digest, p. 155 11. Чаповский П.Л. Линейная и нелинейная спектроскопия атомов рубидия в темной магнитооптической ловушке. // Монография «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты» под редакцией Е.А.Виноградова и Л.Н.Синицы, Изд. СО РАН (2008). 12. Чаповский П.Л., Третьяков Д.Б., Бетеров И.И., Энтин В.М., Рябцев И.И. Спектроскопия холодных ридберговских атомов рубидия в магнитооптической ловушке. // ЖЭТФ, т.135, №3, 428 (2009), Электронный препринт: http://xxx.lanl.gov/abs/0810.5427 . 13. Chapovsky P.L., Ryabtsev I.I., Tretyakov D.B., Beterov I.I., Entin V.M., Yudin V.I., Taichenachev A.V. Resonant dipole-dipole interaction and detection statistics of a few Rydberg atoms. // Laser Physics, 2009 (in press). 14. Чаповский П.Л., Ильичев Л.В. Антигруппировка фотонов при комбинационном рассеянии на бозе-эйнштейновском конденсате атомов. // ЖЭТФ, т.137, №4 (2010).
Область научных интересов: необратимые процессы в квантовых системах, квантовая оптика, основания квантовой теории Наиболее важные результаты:
Некоторые работы, содержащие данные результаты:
|
|
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук |
-
Главная
-
Страницы лабораторий
-
Лаборатория 02
- Научные и прикладные результаты лаборатории 02
|
|
 |
 |
 |
 |
 |