Том 166, № 4 (2024)

Представлены результаты экспериментальных исследований по созданию источника ультрахолодных атомов 87Rb для абсолютного квантового гравиметра на основе атомной интерференции. В результате исследований реализовано субдоплеровское охлаждение атомов 87Rb в магнитооптической ловушке и получено облако ∼ 107 − 108 атомов с температурой 6 мкК. С помощью микроволнового излучения и оптической накачки осуществлена подготовка ультрахолодных атомов в начальном состоянии |F = 1, mF = 0〉 и проведены эксперименты по наблюдению резонансов Рамси на переходе |F = 1, mF = 0〉 → |F = 2, mF = 0〉 при взаимодействии облака атомов с однонаправленными рамановскими импульсами излучения.

Рассматриваются работы для будущего переопределения секунды на основе квантового перехода в оптическом диапазоне. Уточнен бюджет неопределенности оптического стандарта частоты Sr-1 на основе ультрахолодных атомов стронция, включенного в состав Государственного первичного эталона времени и частоты. Излагается описание различных способов сравнения частот удаленных оптических стандартов частоты для реализации «дорожной карты», принятой на XXVII Генеральной конференции мер и весов. Перечислены точностные характеристики, предельно достижимые при использовании описанных способов, проводится их сравнение.

Теоретически проанализирована генерация и эволюция когерентных атомных волн, индуцированных сверхизлучательным рассеянием света на бозе-эйнштейновском конденсате разреженного газа в гармонической ловушке.

Рассматривается задача субдоплеровоского лазерного охлаждения атомов в условиях «оптической патоки» в полях, образованных встречными волнами с различными поляризационными конфигурациями, с полным учетом квантовых эффектов отдачи. Показано, что распределение холодных атомов не является равновесным, но тем не менее может быть аппроксимировано двумя гауссовыми функциями и, соответственно, охарактеризовано температурами «холодной» и «горячей» фракций. Проведен детальный анализ долей атомов во фракциях и их температур в зависимости от параметров световых полей. На основе полученных результатов можно ввести понятие средневзвешенной температуры, которая находится в соответствии со средней кинетической энергией атомов.

В эксперименте по трехфотонному лазерному возбуждению 5S1/2 → 5P3/2 → 6S1/2 → 37P3/2 одиночного ридберговского атома 87Rb, захваченного в оптическую дипольную ловушку, впервые наблюдались трехфотонные осцилляции населенностей Раби между основным и ридберговским состоянием. Одиночный атом регистрировался оптическим методом по сигналу резонансной флуоресценции на малошумящей sCMOS-видеокамере. Измерялась относительная вероятность атому остаться в ловушке после действия трех синхронизованных возбуждающих лазерных импульсов с длительностями, изменяемыми от 100 нс до 2 мкс. Особенностью эксперимента было использование интенсивного лазерного излучения с длиной волны 1367 нм на второй ступени возбуждения, обеспечивающего однофотонную частоту Раби до 2 ГГц для управления эффективными отстройками промежуточных уровней трехфотонного перехода за счет динамического эффекта Штарка. Зарегистрированы осцилляции Раби с частотой от 1 до 5 МГц в зависимости от интенсивности лазерных импульсов первой и второй ступеней возбуждения при времени когерентности 0.7−0.8 мкс. Обсуждаются пути увеличения времени когерентности и контраста трехфотонных осцилляций Раби для применений в квантовой информатике с ридберговскими атомами.

Экспериментально реализована схема лазерного охлаждения иона 171Yb+ в радиочастотной ловушке с использованием трехчастотного лазерного поля, компоненты которого резонансны оптическим переходам линии 2S1/2 → 2P1/2, не требующего наличия магнитного поля. Исключение магнитного поля в цикле лазерного охлаждения позволяет осуществлять прецизионный контроль слабого магнитного поля (∼ 10−2Гс), используемого для спектроскопии часовых переходов в оптическом стандарте частоты на одиночном ионе иттербия, что важно для подавления сдвигов частоты, связанных с квадратичным эффектом Зеемана.