Когерентная и стохастическая динамика трёхуровневых атомов в поле оптического излучения

• Автор: Рождественский, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 256 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Механическое действие оптического излучения
на атомы - современное состояние и перспективы
1. Лазерное охлаждение атомов
2. Ловушки для нейтральных атомов
3. Применения лазерного охлаждения
4. Оптика волновых атомных пакетов
5. Конденсация Бозе - Эйнштейна в магнитных ловушках
ГЛАВА I
КОГЕРЕНТНАЯ ДИНАМИКА АТОМНЫХ ВОЛНОВЫХ ПАКЕТОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ИМПУЛЬСАМИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
§1.1 Рамановские Я - импульсы и адиабатический перенос
населенности в трехуровневой Л-системе
§1.2 Определение Я - импульса. Теорема площадей
§1.3 Рамановские Я - импульсы в трехуровневой Л- системе
скоростная селекция атомов в нижних состояниях
§1.4 Скоростная селекция в каскадной схеме атомных состояний
при получении ридберговских атомов
§1.5 Управление когерентной динамикой атомов посредством рамановских Я - импульсов: атомное зеркало и когерентный делитель атомного пучка
§1.6 Адиабатический перенос населенности в атомной оптике
§1.7 Возможность нано-литографии при адиабатическом переносе
населенностей в многоуровневой системе
§1.8 Нанолитография с атомами в «tripod» - конфигурации
Выводы

ГЛАВА II
РАССЕЯНИЕ АТОМНЫХ ВОЛНОВЫХ ПАКЕТОВ НА
ПРОСТРАНСТВЕННО ПЕРИОДИЧЕСКОМ
ОПТИЧЕСКОМ ПОТЕНЦИАЛЕ
§2,1 Когерентное рассеяние атомных пакетов:
основные понятия и приближения
§2.2 Рассеяние волнового пакета двухуровневого
атома в поле стоячей волны
§2.3 Трёхуровневый атом в поле двух пространственно
синфазных стоячих световых волн
§2.4 Рассеяние трёхуровневых атомов а поле стоячих
волн с пространственным сдвигом
§2.5 Многозонный делитель волнового пакета в поле
стоячих волн с пространственным сдвигом
§2.6 Дифракция волнового пакета трёхуровневого атома в поле
многочастотной стоячей световой волны
Выводы
ГЛАВА III
СТОХАСТИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА ДВУХУРОВНЕВЫХ АТОМОВ
В ПОЛЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
§3.1 Двухуровневый атом в поле плоских волн
§3.2 Уравнение Фоккера - Планка для одночастичной
функции распределения атомов
§3.3 Световое давление на атомы в поле плоских волн
§3.4 Поперечная коллимация пучка двухуровневых атомов
§3.5 Сжатие пучков двухуровневых атомов в поле
встречных волн
§3.6 Стабильная локализация двухуровневых атомов
в периодическом потенциале стоячей волны
§3.7 Эффективность лазерного охлаждения и
энтропия Реньи

§3.8 Оптимизация продольного охлаждения
пучка атомов
Выводы
ГЛАВА IV
ЛАЗЕРНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ТРЁХУРОВНЕВЫХ АТОМОВ
§4.1 Когерентное пленение населенностей в задачах
лазерного охлаждения атомов
§4.2 Уравнение для функции распределения трехуровневых
Л-атомов в поле бегущих волн
§4.3 Лазерное охлаждение трехуровневых Л - атомов в
условиях когерентного пленения населенностей
§4.4 Световое давление на трехуровневый Л - атом в поле
бихроматической стоячей волны
§4.5 Нерезонансное «рамановское» охлаждение
трехуровневых атомов
§4.6 Субдоплеровское охлаждение трехуровневых Л- атомов
в поле стоячих волн с относительным пространственным
сдвигом
§4.7 Субдоплеровское охлаждение трехуровневых Л-атомов
В поле СТОЯЧИХ ВОЛН с В условиях когерентного
пленения населенностей
§4.8 Температура ансамбля трехуровневых атомов
в поле стоячих волн
§4.9 Стабильная локализация многоуровневых атомов в поле стоячей волны при двухчастотном
охлаждении
Выводы
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

получают при использовании т.н. «атомного фонтана», впервые предложенным Захариесом еще в 1954 г. В современном исполнении атомный фонтан представляет следующее: сначала, атомы захватываются в магнито-оптической ловушке и охлаждаются светом, а затем выбрасываются лазерным импульсом вверх через микроволновый резонатор. По мере движения вверх атомы замедляются гравитационным полем Земли и падают обратно (отсюда и название «атомный фонтан»), проходя через резонатор вторично. Таким образом, атомы испытывают воздействие микроволнового поля в виде двух импульсов, дважды пролетая сквозь резонатор: первый раз на пути вверх и второй раз при падении вниз. Интервал времени между пролетами может составлять порядка нескольких секунд, что, по крайней мере, на два порядка больше, чем в обычном пролетном стандарте частоты. Такие атомные фонтаны были реализованы как на атомах натрия [8], так и атомах цезия [8,164]. Так на цезиевом фонтане высотой 1 метр была получена кратковременная стабильность частоты порядка 1.3х10~13г-1/2, где т - время интегрирования [164]. Соответственно, для времен г, =104 с и г, =105 с были получены относительные точности измерения частот (Зу/у)1 -1.3x10 15 и (£у/п)2~8х1(Г16. При этом точность часов на основе атомного фонтана, в основном, ограничена стабильностью водородного мазера, который использовался в эксперименте как частотный репер. В действительности реальная стабильность должна достигать значений сш/и-КГ16 для времен интегрирования порядка суток.
Для дальнейшего увеличения стабильности атомных часов на основе фонтанирующего атомного пучка необходимо изготовить такие часы, которые могут работать в условиях пониженной гравитации. Такие часы были испытаны на реактивном самолете в условиях почти свободного