Лазерное зеемановское охлаждение атомов и их динамика в квадрупольной ловушке

• Автор: Мелентьев, Павел Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Глава I. Получение 2х частотного режима генерации излучения полупроводникового лазера
1.1. Обзор существующих методов получения 2х частотного лазерного излучения.
1.2. Спектр излучения при модуляции тока накачки.
1.3. Экспериментальная установка для получения модуляции лазерного излучения полупроводникового лазера без внешнего резонатора.
1.4. Экспериментальные результаты.
1.5. Получение двухчастотного режима генерации в лазере с обратной оптической связью.
1.6. Выводы к Главе I
Глава II. Лазерное зеемановское охлаждение атомов ЛЬ85 в поперечном магнитном поле
2.1. Зеемановское охлаждение в поперечном магнитном поле.
2.1.1. Использование эффекта Зеемана для компенсации доплеровского сдвига при лазерном охлаждении. Случай продольного и поперечного магнитного поля.
2.1.2. Зеемановское охлаждение атомов ЯЬ85. Возбуждение переходов двухчастотным лазерным излучением. Спектр поглощения в зависимости от поляризации лазерного излучения.
2.1.3. Увеличение интенсивности и уменьшение средней скорости пучка холодных атомов.
2.2. Экспериментальная установка
2.2.1. Лазерная система. Система регистрации лазерного излучения.
2.2.2. Стабилизация частоты лазера.
2.2.3. Вакуумная камера.
2.2.4. Источник атомов рубидия
2.2.5. Зеемановский охладитель
2.2.6. Система регистрации скоростного распределения.

Регистрация замедленных атомов
2.3. Экспериментальные результаты
2.3.1. Охлаждение атомов лазерным излучением фиксированной частоты.
2.3.2. Лазерное зеемановское охлаждение атомов ЛЬ85 в поперечном магнитном поле.
2.3.2.1. Получение стационарного потока холодных атомов.
2.3.2.2. Наблюдение процесса охлаждения атомов внутри зесмановского охладителя.
2.3.2.3. Параметры пучка замедленных атомов.
2.4. Выводы к Главе II
Глава III. Динамика холодных атомов в квадрупольной магнитной ловушке с орбитирующим потенциалом
3.1. Введение
3.2. Магнитный дипольный потенциал
3.3. Общие уравнения движения
3.4. Уравнение движения холодных атомов
3.5 Квазистационарные состояния и статистические распределения.
3.6. Спектр ангармонических колебаний.
3.7. Выводы к Главе III
Заключение
Приложение А
Приложение Б
Литература

1. Актуальность темы диссертации.
Область исследований данной работы относится к бурно развивающемуся направлению физики - лазерное охлаждение и пленение нейтральных атомов. В данной области физики исследуются механизмы уменьшения температуры ансамблей нейтральных атомов, способы локализации атомов, а также вопросы их применения [1-3]. В настоящий момент времени выделенными направлениями исследований в области лазерного охлаждения и пленения атомов являются: спектроскопия холодных атомов в ловушках [4], исследование свойств атомов в состоянии Бозе Эйнштейновской конденсации (БЭК) [5], создание квазинепрерывного источника волн де Бройля (атомного лазера) [6]. Каждое из этих направлений имеет важное значение для современной науки, что было отмечено Нобелевскими премиями в 1997 и 2001 году.
Возможность локализации нейтральных атомов в ловушках позволила производить спектроскопические исследования неподвижных ансамблей атомов, что привело к развитию методов сверхчувствительной свободной от доплеровского уширения спектроскопии атомов. Наиболее яркими результатами в этой области являются: двух фотонная спектроскопия локализованных атомов водорода [7], измерение сверхтонкого расщепления атомов радиоактивного изотопа 21Ыа (11/2= 22 с) [8], детектирование счётного количества радиоактивных изотопов 85Кт и 81Кг, содержание которых в естественной смеси составляет всего 10'11 и 10'13 по сравнению со стабильным изотопом 83Кг [9].
Другим важным применением холодных атомов в ловушках является изучение столкновительных процессов в холодных ансамблях атомов. Исследовались многочисленные процессы столкновения атомов при экстремально низких значениях их кинетической энергии [ 10]. В этой области энергий (< 1 мкК) длина волны де-Бройля становится больше характерной длины межатомного расстояния, что приводит к аномально высокому значению сечения столкновения. Локализованные атомы позволили исследовать резонансы Фэшбаха, зависимости сечения столкновения атомов от их температуры [11]. Другим важным эффектом, проявляющимся в МОЛ является фотоассоциация атомов в молекулы [12,13], вероятность которой становится заметной, когда время столкновения сравнимо с
Глава 2.1. Зсемановскос охлаждение в поперечном магнитном поле

Длина, см
Рисунок 2.8 Изменение скорости атома при пролёте через зеемановский охладитель длины 22 см с различными отстройками частоты лазерного излучения 5 = 0, -1, -2, -3, -4 МГц.
составляющей скорости атомов (нагрев). Это в свою очередь приводит к поперечной пространственной диффузии атомов, при этом атом может выйти из области взаимодействия с лазерным излучением. Для компенсации этого эффекта силовое лазерное излучение необходимо делать сходящимся, что обеспечивает поперечную составляющую силы лазерного давления, направленной к оси атомного пучка [72].
Рассмотрим теперь влияние конфигурации магнитного поля на характеристики пучка холодных атомов. Нами было произведено компьютерное моделирование процесса охлаждения атомов Из85 (приложение А) в зеемановском охладителе длиной 11 см с распределением магнитного поля
В(г) = В0^-2атахг/У0г . Предполагалось, что атомы влетают в зеемановский охладитель со скоростью Уо = 140 м/с. Результат численного моделирования изменения скорости атома ИЬ85 при различных отстройках лазерного излучения Д представлен на рисунке 2.7. Из рисунка видно, что при нулевой отстройке лазерного излучения атомы меняют свою скорость на противоположную на длине взаимодействия, равной длине зеемановского охладителя. При отстройке - 4 МГц атомы вылетают из зеемановского охладителя со скоростью 50 м/с,