Исследование светового сдвига частоты радиооптического резонанса в парах щелочных металлов с оптической накачкой

• Автор: Подвязный, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 153 с. : ил.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Методы оптической накачки и оптической ориентации атомов щелочных металлов и их применения

1.2. Явление светового сдвига частоты радиооптического резонанса в

щелочных атомах

1.3. Эффект когерентного пленения населенностей

1.4. Постановка задачи

2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕЕМАНОВСКИХ СВЕТОВЫХ

СДВИГОВ В ОПТИЧЕСКИ ОРИЕНТИРОВАННЫХ АТОМАХ

ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

2.1. Результаты расчета компонент

2.2. Исследование динамики поведения сдвига при изменении

концентрации буферного газа
2.3. Выводы
3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВОЙ МОДЕЛИ СВЕРХТОНКОГО РАСЩЕПЛЕНИЯ АТОМОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
3.1. Расчет модели
3.2. Обсуждение результатов расчета
3.3. Основные выводы
4. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
4.1. Схема экспериментальной установки
4.2. Режимы работы установки
4.3. Измерение тензорной и векторной компонент светового сдвига частоты зеемановского резонанса в цезии и рубидии

4.4. Измерение ширины линии резонансов в Шэ
4.5. Отсутствие светового сдвига частоты наблюдаемой линии поглощения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА РАСЧЕТА КОМПОНЕНТ СВЕТОВОГО СДВИГА ЗЕЕМАНОВСКИХ ПЕРЕХОДОВ В ОПТИЧЕСКИ
ОРИЕНТИРОВАННЫХ АТОМАХ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. РАСЧЕТ ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВОЙ МОДЕЛИ АТОМА
ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. СХЕМА СТАБИЛИЗАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ГЕНЕРАТОР ВОЗБУЖДЕНИЯ И СХЕМА
ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЛАМПЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ КВАРЦЕВОГО
ГЕНЕРАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. ФОРМИРОВАНИЕ БАЛАНСНОЙ МОДУЛЯЦИИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. СНЯТИЕ ОРИЕНТАЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ СИГНАЛА РАДИООПТИЧЕСКОГО РЕЗОНАНСА В АТОМАХ ЦЕЗИЯ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Метод радиооптического резонанса получил широкое распространение при разработке многих современных квантовых устройств - в первую очередь - образцовых мер частоты и квантовых магнитометров, благодаря целому ряду уникальных достоинств, к числу которых следует отнести высокую чувствительность и воспроизводимость в сочетании с простотой и надежностью в экспериментальной реализации. Основным рабочим веществом вышеупомянутых квантовых устройств вот уже несколько десятилетий являются атомы щелочных металлов - цезия-133, а также стабильные изотопы калия и рубидия - конкретный выбор из числа которых определяется областью использования того или иного устройства. Так, например, в квантовой магнитометрии предпочтение отдается изотопам калия, отличительная особенность которого проявляется в существенной неэквидистантности магнитных подуровней в геомагнитном поле. Это позволяет выделить сверхузкие линии магнитного резонанса и использовать их для точных измерений внешнего магнитного поля и его вариаций. В технике атомных стандартов частоты традиционно используются атомы цезия и рубидия.
Одной из основных проблем, возникающих при разработке как атомных стандартов частоты, так и квантовых парощелочных магнитометров с оптической накачкой, являются погрешности измерения рабочей частоты, вызванные так называемыми световыми сдвигами линии радиооптического резонанса. При использовании ординарных спектральных ламп в качестве источников накачки наибольший вклад в погрешности подобных устройств вносит действие нерезонансных компонент спектра накачки, вызывающее оптический Штарк-эффект в поле световой волны. Теория этого эффекта,

0,14

;/Л /? . Л
• V // л- .7 / ч / к х
У У 5 ^ „ ч * Г.' '>•

20 -15 -10 -5 0 5 10 1 5
(«О ± и)/г

0,3

0,15

' У
/ / / /' к*, /Л л V 4 ' 24 Ч
/ ГУ 1’" ) / : / ■д ЧУ Г,' Р' гУу 2 N
Г4^ •X

{ш0 ±*>уу
Рис. 3.3 Контур линии поглощения в зависимости от относительной расстройки частот НЧ поля при постоянной интенсивности света накачки; Р44 - диагональный элемент матрицы плотности, пропорциональный населенности уровня (Б = 2); (ш0 ± со)/у - относительная расстройка частоты; а) Г = 0,7у, V = 6у, сщ/у = 0 (7), 3 (2), 5 (3), 7 (4) и 9 (5); б) Г = 2,8у; а,/у - 0, У/у - 10 (7), 15 (2), 20 (3) и 30 (4).