Нелинейная спектроскопия атомов рубидия в газовой ячейке и магнитооптической ловушке с использованием полупроводниковых лазеров

• Автор: Энтин, Василий Матвеевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 160 с. : ил.

1 Полупроводниковые лазеры и их применение в атомной спектроскопии
1.1 Спектральные свойства полупроводниковых лазеров
1.2 Установка для исследования спектра генерации полупроводниковых лазеров
1.3 Исследование стабильности частоты генерации полупроводниковых лазеров
1.3.1 Флуктуации частоты полупроводниковых лазеров в режиме свободной генерации
1.3.2 Внешний резонатор полупроводникового лазера
Выводы
2 Эффект выстраивания в спектроскопии рубидия
2.1 Теоретическая модель для эффектов ориентации и выстраивания
2.1.1 Ориентация
2.1.2 Выстраивание
2.2 Экспериментальная установка
2.3 Результаты экспериментов
Выводы
3 Нелинейный интерференционный эффект: когерентное пленение населенности и электромагнитно индуцированная прозрачность
3.1 Основные эксперименты и области применения нелинейных интерференционных эффектов
3.2 Теоретические модели процессов интерференции для эффектов КПН и

3.3 Схема экспериментальной установки
3.4 Экспериментальные результаты
3.4.1 Невырожденная схема переходов

3.4.2 Квазивырожденная схема переходов
3.5 Нелинейные интерференционные резонансы ЭИП в четырехуровневой спектроскопии рубидия
Выводы
4 Поляризационные резонансы при спонтанном переносе анизотропии
4.1 Экспериментальная установка
4.2 Результаты эксперимента и обсуждение
Выводы
5 Микроволновая спектроскопия холодных атомов рубидия
5.1 Экспериментальная установка для лазерного охлаждения атомов рубидия
в магнитооптической ловушке
5.2 Экспериментальные результаты по лазерному охлаждению атомов 85Rb
5.3 Экспериментальная установка для микроволновой спектроскопии
5.4 Результаты экспериментов и обсуждение
Выводы
Заключение
Приложение
Список использованной литературы

Изучение когерентных и нелинейных явлений в атомной спектроскопии было начато в первой половине 20 века [1,2]. Характерными их примерами являются такие эффекты, как пересечение уровней [3], эффект Ханле [1,4], квантовые биения [5-8], квантовые резонансы [9-12], т.е. явления, которые связаны с квантовой интерференцией атомных состояний [13]. Наряду с этим интенсивно исследуются другие явления, открытые сравнительно недавно, а именно: нелинейный интерференционный эффект [14] и когерентное пленение населенности [15,16], лазерный захват и охлаждение нейтральных атомов (см. [17] и ссылки там), конденсация Бозе-Эйнштейна [18], усиление и генерация без инверсии [19].
Значительный прогресс в этой области физики был связан с появлением полупроводниковых лазеров как перестраиваемых источников лазерного излучения [20]. Спектры генерации полупроводниковых лазеров как нельзя лучше подходят для спектроскопии основных линий поглощения большинства атомов щелочных металлов [21], которые уже многие годы привлекают внимание спектроскопистов и служат основным объектом для изучения когерентных и нелинейных явлений. Интерес к щелочным металлам связан с наличием только одного свободного электрона на внешней электронной оболочке этих элементов. Благодаря полупроводниковым лазерам в последние годы спектроскопия таких щелочных металлов как рубидий, цезий, калий и литий получила широкие возможности для эксперимента при относительной простоте экспериментальных установок по сравнению с установками, использующими другие типы лазеров (лазеры на красителях, твердотельные и газовые лазеры).
Предметом исследований настоящей диссертации является спектроскопия когерентных и нелинейных явлений в атомах рубидия с использованием полупроводниковых лазеров.
В основе большинства таких явлений лежит квантовая интерференция атомных состояний. Это явление можно интерпретировать на основе аналогии с интерференцией в оптике. Для оптических полей справедлив принцип суперпозиции (для двух волн с одинаковой поляризацией): амплитуда А поля в любой точке пространства равна сумме амплитуд полей Л, в этой точке, обусловленных различными источниками. Если между составляющими полями разность фаз постоянна, или меняется по строго определенному закону, то поля называются когерентными, а мощность или интенсивность колебаний результирующего поля не равна сумме мощностей составляющих полей:

Рис. 2.5. Спектр насыщенного поглощения Бг линии 8711Ь в слабом магнитном поле (переходы 68і/2(Г=1)—>5Рз/2(Р=0,1,2)) для трех различных конфигураций поляризации лазерных полей. Е„ -электрическое поле сильной волны, Ер - пробной волны, Віаь - вектор лабораторного магнитного поля (Віаь=0,35 Гс), к - волновой вектор, (Т++,+~ - соответствует циркулярной поляризации пробного и сильного пучков.