Спектроскопия когерентных и нелинейных процессов в ридберговских атомах

• Автор: Рябцев, Игорь Ильич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 222 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы

§1.1. Систематика уровней энергии ридберговских атомов

§1.2. Взаимодействие с тепловым фоновым излучением

§1.3. Взаимодействие с электрическим и магнитным полем

§1.4. Селективная ионизация электрическим полем (СИЭП)

§1.5. Экспериментальные методы изучения ридберговских атомов

§1.6. Микроволновая спектроскопия ридберговских атомов

§1.7. Фотоионизация ридберговских атомов

Глава 2. Экспериментальная установка для микроволновой и

фотононизационной спектроскопии ридберговских атомов натрия

§2.1. Лазерное возбуждение ридберговских нР-состояний атомов Иа

§2.2. Атомный пучок и система регистрации
§2.3. Методика проведения экспериментов по микроволновой спектроскопии ..
Глава 3. Микроволновая спектроскопия когерентных и нелинейных процессов при однофотонных переходах между ридберговскими
состояниями атомов N8
§3.1. Эффект Зеемана
§3.2. Статический эффект Штарка
§3.3. Динамический эффект Штарка
§3.4. Вынужденные переходы под действием теплового излучения в
микроволновом резонаторе
§3.5. Квантовый интерферометр на основе импульсного штарковского
расщепления
§3.6. Микроволновый эффект Ханле
Глава 4. Микроволновая спектроскопия когерентных и нелинейных процессов при многофотонных переходах между ридберговскими
состояниями атомов Ха
§4.1. Динамический эффект Штарка
§4.2. Статический эффект Штарка на многофотонных переходах

§4.3. Двойной штарковский резонанс на двухфотонных переходах 36Р-37Г,
37Р-38Р
§4.4. Калибровка напряженности электрического поля методом штарковской
подстройки двойного микроволнового резонанса
§4.5. Влияние изменения волновых функций в электрическом поле и
поляризации излучения на двойной штарковский резонанс
§4.6. Кинетические эффекты при взаимодействии атомов с интенсивным
микроволновым излучением
Глава 5. Квантовая интерференция каналов одно- и двухфотонной ионизации атомов Ка излучением ІЧсЕУАС лазера из возбужденного
состояния
§5.1. Введение
§5.2. Квантовая интерференция каналов одно- и двухфотонной ионизации
§5.3. Измерение сечений одно- и двухфотонной фотоионизации
Заключение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
В последние годы в атомной и лазерной физике значительно расширился круг задач, в которых когерентные и нелинейные процессы при взаимодействии атомов с электромагнитным излучением [1-7] играют важную роль и могут быть использованы для выполнения тонких экспериментов и практических приложений. Это спектроскопия высокого разрешения, атомные стандарты частоты нового поколения, квантовые неразрушающие измерения, лазерное охлаждение, бозе-эйнштейновская конденсация, атомная интерферометрия, измерение электромагнитных полей, когерентный контроль взаимодействия атомов с излучением и т.д. В настоящее время особенно актуальными стали исследования по разработке методов управления и диагностики состояний одиночных атомов в электромагнитных и оптических ловушках [8-11], что необходимо для создания логических элементов квантового компьютера, генераторов и детекторов одиночных фотонов, экспериментов по квантовой нелокальное, квантовой телепортации, квантовой криптографии и ряда других новых направлений квантовой физики [12-14]. Таким образом, экспериментальное изучение когерентных и нелинейных процессов в атомах представляет значительный интерес и требует проведения широкого круга новых исследований, направленных на уменьшение числа атомов и получение информации об элементарных актах взаимодействия одиночных атомов с излучением.
В основе когерентных процессов лежит явление квантовой интерференции атомных состояний [2-4]. Как известно, всякое состояние в атоме характеризуется фазой волновой функции. Взаимная когерентность состояний, или определенная разность фаз их волновых функций, может возникать при возбуждении оптических переходов резонансным излучением, причем это справедливо как для состояний, вырожденных по энергии (например, при когерентном возбуждении нескольких магнитных подуровней), так и для невырожденных состояний (например, при осцилляциях Раби в двухуровневом атоме). В приготовленном таким образом атоме квантовая интерференция состояний может проявляться при последующем взаимодействии с излучением или при спонтанном испускании в виде разнообразных когерентных процессов.
резонаторе, а также флуктуациями оптической длины резонатора лазера третьей ступени. Типичное отношение сигнал/шум в наших экспериментах по микроволновой спектроскопии было больше 20, что вполне достаточно для получения надежных спектров микроволновых переходов. Зависимость (2.10) существенна только при анализе относительных интенсивностей различных компонент в этих спектрах.
Поскольку используемые нами микроволновые генераторы имеют ограниченную область перестройки частоты (53-78 ГГц), был проведен предварительный анализ частот одно- и многофотонных переходов между ридберговскими состояниями атома Ма с целью выбора оптимального уровня возбуждения пР-серии. Частоты переходов вычислялись с использованием формул (1.3)—(1.5).
Основным рабочим уровнем был выбран уровень 36Р, поскольку все наиболее интенсивные одно- и многофотонные переходы из этого состояния попадают в область 53-78 ГГц. Длина волны оптического возбуждения уровня 36Р из состояния 481/2 составляет 640 нм. Однако, поскольку с изменениями п частоты переходов изменяются незначительно, часть характерных спектров была записана и для ближайших уровней (35Р, 37Р). В Табл.2.1 приведены рассчитанные частоты некоторых одно-, двух-, трех- и четырехфотонных резонансов, попадающих в диапазон работы ЛОВ-генератора.