Исследование рассеяния атомов натрия в импульсном поле стоячей световой волны резонансного лазерного излучения

• Автор: Гришина, Ирина Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Содержание диссертации

Научная и практическая ценность

Основные положения, выносимые на защиту

Публикации

Апробация результатов

Глава 1. Экспериментальная установка для наблюдения рассеяния атомов

натрия в поле двух встречных волн резонансного лазерного излучения

§1.1. Вакуумная камера

§1.2. Атомный пучок

§1.3. Детектор атомов

§1.4. Оптическая схема установки

§1.5. Источник лазерного излучения
§1.6. Измерение основных параметров лазера
Глава 2. Исследование формы распределения рассеянных частиц по импульсу, возникающего при облучении атомного пучка коротким
импульсом двух встречных волн резонансного лазерного излучения
§2.1. Теория когерентного рассеяния атома в резонансном поле стоячей
световой волны
§2.2. Экспериментально измеренное распределение рассеянных атомов
по импульсу
§2.3. Оценка возможности применения модельной теории когерентного рассеяния двухуровневого атома в резонансном поле стоячей световой
волны для описания результатов эксперимента
§2.4. Учет реальных условий эксперимента в модельной теории когерентного
рассеяния двухуровневого атома в поле стоячей световой волны
§2.5. Анализ экспериментально измеренного распределения рассеянных
атомов по импульсу при рассеянии в поле стоячей световой волны
Глава 3. Исследование частотных свойств процесса рассеяния
§3.1. Свойства поля, используемого при измерении частотных
зависимостей сигнала рассеяния атомов
§3.2. Частотная зависимость процесса рассеяния
§3.3.Осцилляция «центра тяжести» а томного пучка при изменении отстройки частоты поля от резонанса с атомным переходом при наличии
временной задержки между встречными импульсами поля
§3.4. Исследование эффекта осцилляций «центра тяжести» диаграммы рассеяния при наличии временной задержки между встречными
импульсами поля
Заключение
Литература

Развитие методов управления пространственным движением атомов с помощью света является бурно развивающимся направлением современной физики. Представленная диссертационная работа является частью этих исследований и посвящена изучению резонансного рассеяния атомов натрия полем двух встречных волн, происходящего под действием силы вынужденного светового давления.
Световое давление возникает в результате отдачи, которую испытывают атомы при поглощении и последующем излучении фотонов внешнего поля. Суммарное воздействие света на атом определяется скоростью переизлучения атомом фотонов поля. Различают спонтанную и вынужденную силы светового давления. Эта классификация основана на различном для этих сил виде процессов обмена фотонами, приводящих к передаче импульса от поля к атому.
Физический смысл возникновения спонтанной силы прост: в
электромагнитном поле происходит многократно повторяющийся цикл, состоящий из поглощения фотона и его последующего спонтанного излучения
поглощает фотон и приобретает импульс Нк в направлении волнового вектора
фотона к. Поскольку спонтанное излучение является изотропным, средний импульс, получаемый атомом при испускании большого числа фотонов, стремится к нулю. Импульс, который получает атом за N актов поглощения фотонов,
равняется Шк. В результате на атом действует сила уМс/і , где у -'частота спонтанных переходов. Эта сила всегда направлена по направлению падающего лазерного пучка.
Сила вынужденного светового давления является результатом поглощения фотонов, сопровождающегося вынужденной эмиссией. Она возникает только в неоднородном поле и может быть рассмотрена как результат взаимодействия индуцированного дипольного момента атома с градиентом поля [1]. Наиболее наглядно происхождение этой силы показано в работе [2] на примере взаимодействия атома с полем стоячей световой волны, полем, обладающим сильным градиентом. Поглощая фотон в поле одной из встречных волн и вынужденно излучая фотон под действием второй встречной волны, атом
приобретает импульс 2М, причем обмен фотонами идет с частотой

индуцированных переходов с1Е/11((1 - дипольный момент атома в поле, Е -напряженность поля). Сила вынужденного светового давления, таким образом, имеет порядок МЕ н направлена в сторону уменьшения интенсивности поля. Важной особенностью вынужденной силы светового давления, отличающей ее от спонтанной силы светового давления, является то, что она может значительно возрастать с увеличением лазерной интенсивности, поскольку увеличение скорости вынужденных переходов не ограничено эффектом насыщения, как это имеет место в случае спонтанных переходов. Импульс, приобретаемый атомом за счет силы вынужденного светового давления, с ростом напряженности поля ограничен лишь значениями напряженности поля, при которой наступает многофотонная ионизация атома. Вынужденная сила светового давления может существовать и в отсутствие спонтанных переходов.
Отношение силы вынужденного светового давления (ВСД) к силе спонтанного светового давления (ССД) определяется величиной с/£/йу . Практически, начиная с полей в несколько вольт на сантиметр, сила ВСД превышает силу ССД. '
Изучение механического действия, оказываемого светом на атомы, имеет свою давнюю историю. Еще XVII веке Кеплер пытался объяснить отклонение хвостов комет действием солнечного излучения на частицы вещества, образующие эти хвосты. В 1873 году Максвелл, исходя из созданной им теории электромагнитного поля, нашел количественное выражение для силы светового давления. В 1916 году были опубликованы работы А. Эйнштейна [3], заложившие основу квантовой теории излучения, в которых он, в том числе, рассмотрел движение молекул в световом поле с учетом импульса отдачи.
В 1901 году русским ученым П.Н. Лебедевым [4] впервые было экспериментально доказано существование светового давления. Была измерена сила, с которой свет давит на тонкую металлическую пластинку. Три десятилетия спустя О.Р. Фриш наблюдал отклонение пучка атомов натрия под действием резонансного светового давления, создаваемого натриевой лампой [5]. Эти работы показали, что давление света можно наблюдать в лабораторных условиях, несмотря на малую спектральную яркость тепловых источников света.

ЗРз/2, р' = 3 2 1 О
ЗР1/2,Р = 2
38,/г, Р

рабочий
переход
1 11 ' г
109 МГц
189 МГц
1772 МГц
линия: ЗБщ -> ЗР|д 589.6 нм
й2 линия: 381/2 -> ЗРзд 589.0 нм
Рис. 11. Схема энергетических уровней атома натрия с учетом сверхтонкого расщепления.