Лазерное охлаждение атомов тулия

• Автор: Сукачёв, Денис Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Магнито-оптическая ловушка для атомов тулия

1.1. Загрузка атомов тулия в МОЛ

1.2. Экспериментальная установка

1.2.1. Лазерная система

1.2.2. Вакуумная часть

1.2.3. Оптическая схема

1.2.4. Стабилизация частоты лазера

1.2.5. Испарительная печь

1.2.6. Система регистрации
1.2.7. Импульсная схема
1.3. Время жизни и число атомов в МОЛ
1.3.1. Динамика числа атомов в МОЛ
1.3.2. Влияние столкновений
1.3.3. Оптические потери в МОЛ. Коэффициент ветвления охлаждающего перехода
1.3.4. Число атомов в МОЛ. «Темная» МОЛ
1.3.5. Влияние перекачивающего лазера
1.4. Основные результаты Главы 1
Глава 2. Субдоплеровское охлаждение атомов тулия
2.1. Охлаждение за счет градиента поляризации
2.2. Влияние магнитного поля
2.3. Метод измерения температуры

2.4. Эксперимент
2.4.1. Последовательность импульсов
2.4.2. Выключение магнитного поля
2.4.3. Обработка изображений
2.5. Основные результаты Главы
Глава 3. Магнитная ловушка для атомов тулия
3.1. Принципы работы
3.2. Наблюдение МЛ
3.3. Пространственный профиль концентрации атомов в МЛ
3.4. Температура атомов в МЛ
3.5. Число атомов, время жизни и влияние столкновений в МЛ
3.6. Основные результаты Главы 3
Заключение
Благодарности
Список сокращений
Список литературы
Список иллюстративного материала
Приложения
A. Лазерное охлаждение
Б. Принципы работы МОЛ
B. Параметры некоторых переходов в атоме тулия

Введение
Диссертация посвящена лазерному охлаждению, захвату в магнитооптическую и магнитную ловушку атомов тулия (Тт), а также их субдопле-ровскому охлаждению. Работа выполнена в Лаборатории оптики активных сред ФИАН, где ведутся исследования по созданию оптических часов нового поколения.
Лазерно-охлажденные атомы в современных исследованиях
Лазерное охлаждение атомов и их захват в магнито-оптическую ловушку (МОЛ) являются на сегодняшний день одним из самых распространенных методов получения и исследования ансамблей атомов при температурах ниже 1мК [1]. Они находят свое применение в прецизионной лазерной спектроскопии [2], атомной интерферометрии [3, 4], в изучении атомных взаимодействий при малых скоростях [5, 6] и синтезе холодных молекул [7]. С использованием МОЛ получают бозе-эйнштейновские конденсаты (БЭК) атомов и вырожденные ферми газы [8, 9, 10, 11, 12, 8]. Холодные атомы широко используют при решении фундаментальных задач, например, проверке основополагающих физических теорий [13] и измерении фундаментальных констант [14]. На основе методов лазерного охлаждения созданы атомные реперы частоты: от первого цезиевого фонтана [15] до оптических часов на А1+ [16]. Относительная нестабильность лучших оптических часов достигла 10~18, что открывает перспективы их использования в системах спутниковой навигации и в астрономических исследованиях.
Для решения таких задач требуются атомные ансамбли с температурой на порядок величины меньшей той, что обычно достигается в МОЛ. В таких

факторы равны 1/L и 1/1д. Соответствующие кинетические уравнения [58, гл. II] имеют вид:
dNa = -Na^--Na-^- + Nc(r45 + ~) + Nd( Г44+ 0l
7. м ' d л_ (L 7- 7- 1 ' с I ‘iO 1 J- I 1 ’ ti 1 I i_ 7- I
(It HJjJ TUx)L uüJ J uJjjJui J
dNb al ( al
= -Nb^~r + ЛЬ Г34 +
dt TwjL
dNc дг a I AT / dt ~Nahw c(
IV = jVa + A/, + iVc + Aid,

a = ЗЛ2/2тг (1.13)
есть резонансное сечение поглощения атома4 (см. [60, п. 15.6.2] и [61, §63]); разницей частот в знаменателях можно пренебречь. В стационарном случае имеем:
Nb _ L2 Г34 + Г45 тщ ^ £j2 Г
Na Г44 + Г45 L Г
где S = I/1sat — параметр насыщения, a Isat = /отсГ/ЗА2 = 18 мВт/см
интенсивность насыщения охлаждающего перехода. Учитывая, что:
Ь2 = 1 + 4 (27rAlp~4A2) ~ 8.1 • 103,
L1 = l + 4^2^) иЗ.4-108,
V 44 /
Nb /Ai - Д2V Г44 ^ 10_
получаем:
А/а V Д2 / Г34 Таким образом, населенность подуровня А1 = 3 пренебрежимо мала. Однако, надо учесть конечный радиус лазерных пучков. Если атом оказался на под-
4В предположении, что линия не уширена дополнительными механизмами уширения, например, мощно-
стью |59].