Квантовая кинетическая теория формирования резонанса когерентного пленения населенностей в ячейках конечного размера

• Автор: Литвинов, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. Квантовые кинетические уравнения для многоуровневого атома, взаимодействующего с многочастотным лазерным излучением, в ячейке конечного размера
1.1. Метод решения квантовых кинетических уравнений для матрицы плотности в плоской ячейке для многоуровневого атома
1.2. Граничные условия и методы решения системы квантовых кинетических уравнений для многоуровневого атома

1.2.1 Граничные условия зеркального типа

1.2.2. Граничные условия полного гашения

1.2.3. Граничные условия диффузного типа

Выводы к главе

2. Резонанс когерентного пленения населенностей в )чил'- ячейке для трёхуровневой модели атома

2.1. Аналитическая теория резонанса КПН в ячейке конечного размера

2.1.1. Система квантовых кинетических уравнений для Л- атома в ограниченной ячейке

2.1.2. Решение системы уравнений для Л-атома в /ату- ячейке конечного размера для граничных условий зеркального типа
2.2. Форма линии КПН резонанса возбуждаемого на сверхтонком переходе
2.2.1. Зеркально-когерентные граничные условия
2.2.2. Граничные условия диффузного типа
2.2.3. Граничные условия полного гашения
2.3. Форма линии резонанса КПН возбуждаемого на зеемановском переходе
2.4. Параметр качества резонанса КПН
Выводы к главе
3. Резонанс когерентного пленения населенностей в ?.тЧу- ячейке в парах атомов
87Ш>
3.1. Схема возбуждения резонанса КПН в атоме 87Шз
3.2. Система квантовых кинетических уравнений для резонанса КПН в ограниченной ячейке
3.3. Формирование резонанса КПН, возбуждаемого на сверхтонком переходе, в атоме 87ЯЬ
3.3.1. Зеркально-когерентные граничные условия
3.3.2. Граничные условия полного гашения
3.4. Формирование резонанса КПН, возбуждаемого на зеемановском переходе,
в атоме 8713Ь
3.5. Оценка стабильности квантового стандарта частоты (КСЧ) на основе резонанса КПН
Выводы к главе
4. Резонанс когерентного пленения населенностей (электромагнитно-индуцированная прозрачность) в “наноячейках”
4.1. Система квантовых кинетических уравнений резонанса КПН в “наноячейке”
4.2. Форма резонанса ЗИП в случае зеркально-когерентных, диффузных и полного
гашения граничных условий
4.2.1. Сонаправленные волны
4.2.1.1. Зеркально-когерентные граничные условия
4.2.1.2. Диффузные граничные условия
4.2.1.3. Граничные условия полного гашения
4.2.2. Противоположно-направленные лазерные поля
4.3. Анализ ширины резонанса ЗИП в “наноячейке”. Аналитическое выражение для оценки вклада в ширину резонанса ЗИП от стеночной релаксации
4.4. Эффект когерентного сужения Дике в “наноячейке”
Выводы к главе
5. Двойной радиооптический резонанс в ХтИ- ячейке в парах атома 87Шэ
5.1 Система квантовых кинетических уравнении для ДРОР в ограниченной ячейке
5.2 Схемы возбуждения ДРОР в атоме 87Шэ
5.3. Форма линии ДРОР. Сужение Дике. Радио-индуцированный и лазерно-
индуцированый переносы
5.3.1. Зеркально-когерентные граничные условия

5.3.2. Граничные условия диффузного типа (парафиновая кювета)
5.3.3. Граничные условия полного гашения (стеклянная кювета)
5.4. Оценка стабильности квантового стандарта частоты основанного на ДРОР
Выводы к главе
Заключение
ПРИЛОЖЕНИЯ
П.1. Физические свойства атома ,7Ш>
П.2. Скорость релаксации основного состояния атома *7ЯЬ
П.З. Схема уровней атома 8,ЯЬ
П.4. Матричные элементы оператора дипольного момента
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Взаимодействие многочастотного лазерного излучения с атомами щелочных металлов приводит к возникновению нелинейных эффектов. Одним из таких эффектов является резонанс когерентного пленения населенностей (резонанс КПН) [1-3] и связанный с ним эффект электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЗИП), соответствующие деструктивной интерференции каналов возбуждения.
Другой эффект — двойной радиооптический резонанс (ДРОР) [4], соответствующий резонансному двухфотонному поглощению микроволнового и оптического полей атомом. Отличительной особенностью резонанса КПН и ДРОР является, то, что ширина резонанса определяется не естественной шириной линии оптического уровня (как при однофотонном поглощении), а скоростью распада нижних состояний. Таким образом, однородная ширина резонанса может составлять несколько сотен или даже несколько десятков герц.
Суть эффекта КПН (ЗИП) состоит в возникновении в многоуровневой квантовой системе, взаимодействующей с многокомпонентным лазерным излучением, суперпозиционного состояния, невзаимодействующего с этим излучением. Этот процесс критически зависит от частотных отстроек лазерных полей. При сканировании отстроек возникает узкий провал в спектре поглощения. Резонанс ЗИП, по сути, представляет собой резонанс КПН, но часто в литературе подразумевается, что либо активная среда должна быть оптически плотной, либо используется импульсное лазерное излучение, либо компоненты лазерного поля значительно отличаются по интенсивности (так называемое сильное поле и пробное).
Рассмотрим резонанс КПН на примере трехуровневой системы (Л-система), Рис. В.1. Пусть на переходы |1)-»|з) и |2)->|3) действует лазерное поле с частотами а>к и со2, имеющее частотные отстройки 3, = <у, -со31 и

2.1. Аналитическая теория резонанса КПН в ячейке конечного размера.
Этот параграф состоит из двух частей. Первая часть посвящена выводу уравнений для формы линии резонанса КПН в Л-атоме с учетом граничных условий. Во второй части рассматривается аналитическое решение такой системы уравнений.
2.1.1. Система квантовых кинетических уравнений для Л- атома в
ограниченной ячейке.
Рассмотрим ячейку, заполненную парами щелочного атома. Будем считать активные атомы трёхуровневыми Л- атомами, причём уровни |l) и |2) пусть будут уровнями сверхтонкой структуры основного состояния, а переходы |l)<-»|3) и |2)<-»|3) — оптическими, Рис. В.1. На ячейку с атомами действует двухчастотное когерентное лазерное поле
E(r, t) = Е[ ехр [/ (к[Г - &>[?)] + Е2 exp [/ (k2r - o)2t) ] + с.с., (2.1)
частоты которого сох и а>2 настроены вблизи резонанса с переходами, |l)|3) и 12) |3) соответственно.
Оператор дипольного взаимодействия атомов с полем (1) оптического излучения имеет вид:
V = 3)VX exp[-/(*>,/- k,r)]<1| + |3)F2 expHK t -k2r)](2| + h.c., (2.2)
где Vi —частота Раби для перехода |/) <->|3) (/=1,2).
Ненулевые элементы релаксационной матрицы Г имеют следующий вид [61]:

Г =Г = —Г =-Г =-— Г =Г = —Г*
х 11,11 х 22,22 х 11,22 22,11 2’ П.22 1 22,11 L ’
зз.зз = , Г3311 = Г3322 = Гп зз = Г2233 = —у , (2.3)
11,зз = Г22