Спектроскопия 5D уровней рубидия в магнитооптической ловушке

• Автор: Снигирев, Степан Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 93 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Магнитооптическая ловушка для атомов рубидия

1.1. Введение

1.2. Принцип лазерного охлаждения

1.3. Локализация атомов

1.4. Магнитооптическая ловушка для атомов рубидия

1.5. Характеристики облака холодных атомов

1.6. Спектроскопия 50 уровней рубидия

1.7. Основные результаты главы

Г лава 2. Выбор методики заселения 50 уровня
2.1. Введение
2.2. Эффективное заселение 50 уровней рубидия
2.2.1. Импульсное возбуждение уровней
2.2.2. Каскадное возбуждение
2.2.3. Вынужденное комбинационное адиабатическое заселение
2.2.4. Эксперимент
2.2.5. Автоматизация эксперимента и расчетов
2.2.6. Результаты
2.3. Заселение различных магнитных подуровней
2.4. Выбор методики заселения 50 уровней
2.5. Основные результаты главы
2.6. Благодарности
Глава 3. Измерение поляризуемостей атомов рубидия
3.1. Введение
3.2. Сдвиг уровней во внешнем поле
3.3. Экспериментальное определение сдвигов спектральных линий в
электрическом поле
3.4. Методика расчета поляризуемостей
3.5. Коэффициенты Штарка и поляризуемости уровней
3.6. Основные результаты главы
Заключение
Благодарности
Список литературы

Введение
Актуальность темы. Представленная диссертация посвящена спектроскопии 50 уровней атомов рубидия в магнитооптической ловушке. Магнитооптическая ловушка является удобным инструментом для спектроскопических исследований атомов благодаря нескольким факторам: за счет малой температуры атомов в ловушке достигается практически полное подавление доплеровского уширения, что позволяет проводить прецизионные измерения со спектральными линиями с ширинами близкими к естественным; благодаря длительному времени жизни атомов в ловушке возможно изучение процессов с малыми вероятностями; а учитывая то, что количество атомов в облаке и их пространственное распределение легко определяется, возможно проведение абсолютных измерений. Холодные атомы находят применение во многих областях современной физики. В метрологических экспериментах с их помощью создаются новые стандарты частоты [1] [2], в квантовых технологиях на таких системах реализовывают кубиты [3] и элементы квантового компьютера [4]. При помощи атомов в оптических решетках готовятся эксперименты по симуляции эффектов, доступных ранее только в твердом теле - сверхпроводимость [5], ферромагнетизм [6], сверхтекучесть [7] и других.
Целью диссертационной работы является спектроскопия ЪИ уровня. Он является верхним уровнем двухфотонного перехода 55 «-» 5Э, рекомендованного Международным Комитетом Мер и Весов в качестве вторичного стандарта определения метра [8], а также, промежуточным уровнем для каскадного возбуждения атомов в ридберговские состояния, которые используются в протоколах квантовых вычислений и реализации кубитов [9]. Основными задачами, которые решаются в диссертации, являются оптимизация эффективности возбуждения атомов на 5 В уровни и измерение их поляризуемостей. Величина поляризуемостей определяет взаимодействие атомов

что может применяться, например, при возбуждении ридберговских уровней [44], а также для операций с кубитами [45] и считывания квантовых состояний [46].
По сравнению с предыдущими работами, в которых использовался метод БТИГАР для заселения уровня 5£> в рубидии [47] [48], мы подробно исследовали неадиабатический режим, в котором спонтанный распад начинает оказывать заметное влияние на эффективность заселения уровня 5 05/2. Для этого длительность возбуждающих импульсов изменялась от много меньшей времени ЖИЗНИ возбужденного уровня 505/2, до примерно равной ей. Мы выполнили поиск оптимальных соотношений между длительностью импульсов и задержкой между ними, обеспечивающих наиболее эффективное заселение уровня в случае неадиабатического режима при ограниченной мощности лазерного источника. Также были выполнены теоретические расчеты процессов возбуждения системы в неадиабатическом режиме и проведено сопоставление с экспериментом.
Эксперименты выполнялись в облаке лазерно-охлажденных атомов 87ЯЬ, захваченных в магнитооптическую ловушку при температуре около 300 мкК. При такой температуре вклад эффекта Доплера на резонансных переходах составляет менее 1 МГц, что оказывается меньше их естественной ширины. Кроме этого, локализация атомов в облаке радиусом 0.1-1мм позволяет достичь высоких интенсивностей возбуждения с использованием источников с невысокой мощностью, таких как полупроводниковые лазеры.
Нами использован метод 8Т11ГА.Р на переходах ВБ1/2 *-* 5Р3/2 5£>5/2,
выполнено исследование процесса возбуждения верхнего уровня в различных режимах и проведено сопоставление с теоретическим расчетом. Были найдены оптимальные соотношения параметров импульсов при возбуждении полупроводниковыми лазерами мощностью несколько милливатт, обеспечивающие максимальную эффективность заселения 505/2 уровня.