Миниатюрный квантовый стандарт частоты на основе явления когерентного пленения населённостей в парах атомов 87Rb

М. Н. Скворцов, С. М. Игнатович, В. И. Вишняков, Н. Л. Квашнин, И. С. Месензова, Д. В. Бражников, В. А. Васильев, А. В. Тайченачев, В. И. Юдин, С. Н. Багаев, И. Ю. Блинов, В. Г. Пальчиков, Ю. С. Самохвалов, Д. А. Парёхин

  • Институт лазерной физики СО РАН, г. Новосибирск
  • Новосибирский государственный технический университет
  • Новосибирский государственный университет
  • ФГУП “Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений”, п. Менделеево, Московская обл.
  • Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”, г. Москва
Аннотация: Представлены результаты разработки и создания квантового стандарта частоты (КСЧ) на основе резонанса когерентного пленения населённостей (КПН), наблюдаемого на D1-линии поглощения 87Rb. Исследовано влияние различных физических факторов на частоту КСЧ, а также определены оптимальные параметры физического блока для достижения наилучшей стабильности частоты. Измеренная относительная нестабильность частоты (девиация Аллана) составила ~9 × 10-12 за время усреднения 1 с, 3 × 10-13 за 1000 с и 1.5 × 10-12 за 24 ч. При объёме, равном 60 см3, потребляемая мощность всего устройства составляет 300 мВт. Созданный КСЧ может быть использован в системах спутниковой навигации нового поколения, обладающих повышенной точностью и надёжностью, а также для решения ряда других задач науки и техники.
Ключевые слова: квантовая метрология, стандарты частоты, когерентное пленение населённостей, буферный газ, рубидий, частотные шумы излучения, лазеры с вертикальным резонатором, девиация Аллана.
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Исправленный вариант: 30.03.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 576–580
Образец цитирования: М. Н. Скворцов, С. М. Игнатович, В. И. Вишняков, Н. Л. Квашнин, И. С. Месензова, Д. В. Бражников, В. А. Васильев, А. В. Тайченачев, В. И. Юдин, С. Н. Багаев, И. Ю. Блинов, В. Г. Пальчиков, Ю. С. Самохвалов, Д. А. Парёхин, “Миниатюрный квантовый стандарт частоты на основе явления когерентного пленения населённостей в парах атомов 87Rb”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 576–580 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 576–580]

Резонансы электромагнитно-индуцированных прозрачности и абсорбции в световом поле эллиптически поляризованных волн

Д. В. Коваленко, М. Ю. Басалаев, В. И. Юдин, А. В. Тайченачев

  • Новосибирский национальный исследовательский государственный университет
  • Институт лазерной физики СО РАН, г. Новосибирск
  • Новосибирский государственный технический университет
Аннотация: Рассмотрено возбуждение сильным двухчастотным полем резонансов электромагнитно-индуцированных прозрачности (ЭИП) и абсорбции (ЭИА) на вырожденном оптическом замкнутом переходе Fg → Fe для различных значений полных угловых моментов основного (Fg) и возбужденного (Fe) состояний. Световое поле сформировано из двух сонаправленных волн с произвольными эллиптическими поляризациями. Показано, что процесс спонтанного переноса анизотропии из возбужденного состояния в основное определяет формирование резонанса ЭИА на переходе Fg = F → Fe = F + 1. Полученные результаты обобщают установленную ранее в рамках теории возмущения классификацию переходов на “яркие” (Fg = F → Fe = F + 1) и “темные” (Fg = F → Fe = F и Fg = F → Fe = F – 1) по отношению к направлению сверхузкого резонанса.
Ключевые слова: электромагнитно-индуцированная прозрачность, электромагнитно-индуцированная абсорбция, перенос анизотропии, низкочастотная зеемановская когерентность.
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 571–575
Образец цитирования: Д. В. Коваленко, М. Ю. Басалаев, В. И. Юдин, А. В. Тайченачев, “Резонансы электромагнитно-индуцированных прозрачности и абсорбции в световом поле эллиптически поляризованных волн”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 571–575 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 571–575]

Регистрация часового перехода в атомах тулия с использованием излучения перекачивающего лазера

Д. О. Трегубов, А. А. Головизин, Е. С. Фёдорова, Д. А. Мишин, Д. И. Проворченко, К. Ю. Хабарова, В. Н. Сорокин, Н. Н. Колачевский

  • Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, г. Москва
  • Российский квантовый центр, Москва, Сколково
Аннотация: Продемонстрирован перенос населённости с верхнего уровня часового перехода в атомах тулия на основной с помощью излучения на длине волны 402 нм и исследован метод регистрации возбуждения часового перехода, не подверженный влиянию технических флуктуаций числа атомов в оптической решётке. Для уровня |4f12(3F2)5d5/2 6s2; J = 7/2 ⟩ в атоме тулия измерена величина сверхтонкого расщепления, составившая 1480(9) МГц. Представленный метод переноса населённости можно применять для обеих сверхтонких компонент часового перехода, которые планируется использовать для компенсации эффекта Зеемана в оптических часах на атомах тулия.
Ключевые слова: спектроскопия, сверхтонкое расщепление, оптические часы, часовой переход, ультрахолодные атомы, тулий.
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Исправленный вариант: 01.04.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 566–570
Образец цитирования: Д. О. Трегубов, А. А. Головизин, Е. С. Фёдорова, Д. А. Мишин, Д. И. Проворченко, К. Ю. Хабарова, В. Н. Сорокин, Н. Н. Колачевский, “Регистрация часового перехода в атомах тулия с использованием излучения перекачивающего лазера”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 566–570 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 566–570]

Исследование резонансов насыщенного поглощения на переходах 3P0, 1, 2 – 3D1, 2, 3 атомов магния в разрядной ячейке с полым катодом

А. Н. Гончаров, О. А. Климачева, А. О. Мельникова

  • Институт лазерной физики СО РАН, г. Новосибирск
  • Новосибирский исследовательский государственный университет
  • Новосибирский государственный технический университет
Аннотация: Представлены результаты исследований резонансов насыщенного поглощения на переходах 3P0, 1, 2 – 3D1, 2, 3 атомов магния в разрядной ячейке с полым катодом. Ширина линии наблюдаемых резонансов насыщенного поглощения на переходе 33P0 → 33D1 составила ~220 МГц (FWHM). В экспериментах использовалась лазерная система на основе полупроводникового лазера с длиной волны 766 нм с последующим усилением и удвоением частоты в нелинейном кристалле BiBO. Полученные результаты представляют интерес для субдоплеровского охлаждения на переходе 33P2 → 33D3.
Ключевые слова: лазерное охлаждение, магний, стандарты частоты, спектроскопия насыщенного поглощения
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Исправленный вариант: 02.04.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 561–565
Образец цитирования: А. Н. Гончаров, О. А. Климачева, А. О. Мельникова, “Исследование резонансов насыщенного поглощения на переходах 3P0, 1, 2 – 3D1, 2, 3 атомов магния в разрядной ячейке с полым катодом”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 561–565 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 561–565]

О структуре хаотического клубка квантовых вихрей в турбулентных сверхтекучих жидкостях и в конденсате Бозе – Эйнштейна

С. К. Немировский

  • Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, г. Новосибирск
Аннотация: На основе теории, описывающей термодинамическое равновесие в системе квантовых вихрей в сверхтекучих жидкостях и в конденсате Бозе – Эйнштейна в присутствии противотока нормальной и сверхтекучей компонент, исследована задача о структуре хаотического клубка квантовых вихрей в турбулентных сверхтекучих жидкостях. С помощью метода характеристического функционала изучены свойства гидродинамических вихревых нитей. Показано, что средняя кривизна вихревых линий составляет величину порядка межвихревого расстояния, причем коэффициент пропорциональности не зависит от скорости противотока. Установлено, что степень анизотропии вихревых петель также не зависит от приложенной скорости противотока. Полученные результаты объясняют происхождение анизотропии и связи кривизны линий с межвихревым пространством и их зависимость от параметров задачи.
Ключевые слова: бозе-эйнштейновский конденсат, квантовые вихри, сверхтекучая турбулентность, топологические дефекты
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Исправленный вариант: 02.04.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 556–560
Образец цитирования: С. К. Немировский, “О структуре хаотического клубка квантовых вихрей в турбулентных сверхтекучих жидкостях и в конденсате Бозе – Эйнштейна”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 556–560 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 556–560]

Лазерное охлаждение атомов на узких оптических переходах в полях с градиентом поляризации

Р. Я. Ильенков, О. Н. Прудников, А. В. Тайченачев, В. И. Юдин

  • Институт лазерной физики СО РАН, г. Новосибирск
  • Новосибирский государственный университет
  • Новосибирский государственный технический университет
Аннотация: Проведен анализ эффективности поляризационных механизмов лазерного охлаждения атомов с использованием узких оптических переходов, для которых энергия отдачи больше либо сравнима с естественной шириной линии. На примере атомов с оптическим переходом Jg = 1 → Je = 2 (Jg, Je – полные угловые моменты основного и возбужденного состояний) в резонансных световых полях σ+ – σ–– и lin⊥lin-конфигураций выполнен анализ минимальных достижимых энергий лазерно-охлажденных атомов. Показано, что поляризационные механизмы лазерного охлаждения в условиях существенного влияния эффектов отдачи теряют эффективность и не приводят к средним кинетическим энергиям ансамбля атомов ниже доплеровского предела.
Ключевые слова: лазерное охлаждение, часовые оптические переходы, эффект отдачи, оптические решетки
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Исправленный вариант: 31.03.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 551–555
Образец цитирования: Р. Я. Ильенков, О. Н. Прудников, А. В. Тайченачев, В. И. Юдин, “Лазерное охлаждение атомов на узких оптических переходах в полях с градиентом поляризации”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 551–555 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 551–555]

Захват и регистрация одиночных атомов рубидия в оптической дипольной ловушке с использованием длиннофокусного объектива

И. И. Бетеров, Е. А. Якшина, Д. Б. Третьяков, В. М. Энтин, У. Сингх, Я. В. Кудлаев, К. Ю. Митянин, К. А. Панов, Н. В. Альянова, И. И. Рябцев

  • Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, г. Новосибирск
  • Новосибирский государственный университет
  • Новосибирский государственный технический университет
Аннотация: Захват одиночных атомов в оптические дипольные ловушки широко используется в экспериментах по реализации квантовых процессоров на основе нейтральных атомов и исследованию межатомных взаимодействий. Как правило, в таких экспериментах применяются линзы с большой числовой апертурой (NA > 0.5), высокочувствительные EMCCD-камеры или счетчики фотонов. В настоящей работе продемонстрированы захват и регистрация одиночных атомов рубидия с использованием длиннофокусного объектива с числовой апертурой NA = 0.172 и sCMOS-камеры Flir Tau CNV.
Ключевые слова: одиночные атомы, дипольные ловушки, квантовые вычисления.
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Исправленный вариант: 02.04.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 543–550
Образец цитирования: И. И. Бетеров, Е. А. Якшина, Д. Б. Третьяков, В. М. Энтин, У. Сингх, Я. В. Кудлаев, К. Ю. Митянин, К. А. Панов, Н. В. Альянова, И. И. Рябцев, “Захват и регистрация одиночных атомов рубидия в оптической дипольной ловушке с использованием длиннофокусного объектива”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 543–550 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 543–550]

Управление атомным конденсатом Бозе – Эйнштейна при интерферометрическом зондировании с обратной связью

В. А. Томилин, Л. В. Ильичёв

  • Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск
Аннотация: Рассмотрена задача о декогеренции конденсата Бозе – Эйнштейна невзаимодействующих атомов при проведении интерферометрического зондирования классическим монохроматическим внешним полем. Конденсат находился в одном из плеч интерферометра Маха – Цендера, при этом часть излучения с выхода интерферометра подавалась обратно на вход, замыкая тем самым цепь когерентной обратной связи. Также была рассмотрена более общая постановка, в которой конденсат располагается в системе “вложенных” друг в друга интерферометров, при этом часть выходного излучения каждого из них тоже подается обратно на его вход, замыкая так называемую многопетлевую обратную связь. Показана возможность эффективного управления скоростями декогеренции различных матричных элементов. Исследовано применение обратной связи указанного типа к бозе-конденсату в двухъямном потенциале. Обнаружено, что с помощью такой обратной связи можно эффективно управлять распределениями атомов по ямам.
Ключевые слова: атомный конденсат Бозе – Эйнштейна, интерферометрическое зондирование, обратная связь, скорость декогеренции
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Исправленный вариант: 30.03.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 537–542
Образец цитирования: В. А. Томилин, Л. В. Ильичёв, “Управление атомным конденсатом Бозе – Эйнштейна при интерферометрическом зондировании с обратной связью”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 537–542 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 537–542]

Атомная дипольная импульсная ловушка со спектральной фильтрацией лазерного излучения

А. М. Машко, А. А. Мейстерсон, А. Е. Афанасьев, В. И. Балыкин

  • Институт спектроскопии РАН, г. Москва, г. Троицк
  • Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”, г. Москва
Аннотация: Исследовано применение паров атомов щелочного металла (рубидия) для спектральной фильтрации широкополосного импульсного лазерного излучения, используемого с целью формирования импульсной фемтосекундной оптической дипольной ловушки. Показано, что даже при больших отстройках центральной частоты излучения от частоты атомных переходов спектральные компоненты, содержащиеся в крыльях линии генерации лазерного источника, способны приводить к нагреву локализованных атомов, в результате которого уменьшается их время жизни в атомной ловушке. При использовании паров атомов для фильтрации спектра лазерного излучения спектральные компоненты излучения, приводящие к нагреву, были селективно подавлены. Это позволило увеличить время жизни атомов в импульсной оптической дипольной ловушке до значения, сравнимого с временем жизни в оптическом ловушке, образованной непрерывным узкополосным лазерным излучением.
Ключевые слова: оптическая дипольная ловушка, импульсное излучение, атомные пары.
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Исправленный вариант: 27.03.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 530–536
Образец цитирования: А. М. Машко, А. А. Мейстерсон, А. Е. Афанасьев, В. И. Балыкин, “Атомная дипольная импульсная ловушка со спектральной фильтрацией лазерного излучения”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 530–536 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 530–536]

О влиянии граничных условий на флуктуации бозе-конденсата взаимодействующих атомов

С. В. Тарасов

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
Аннотация: Для газа взаимодействующих атомов, находящихся в ловушке и образующих бозе-конденсат, продемонстрирована возможность существенного влияния граничных условий на статистику числа частиц в основной моде системы. Анализ проведен в низкотемпературном приближении Боголюбова – Попова для модельных однородных кубических ловушек с периодическими либо комбинированными периодическими и нулевыми граничными условиями. Показано, что влияние граничных условий не ослабевает даже в области параметров, отвечающей относительно сильному взаимодействию в асимптотике Томаса – Ферми, и не исчезает при переходе к термодинамическому пределу.
Ключевые слова: бозе-конденсация, флуктуации параметра порядка, приближение Боголюбова – Попова, асимптотика Томаса – Ферми, граничные условия
Поступила в редакцию: 11.03.2020
Исправленный вариант: 04.04.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:6, 525–529
Образец цитирования: С. В. Тарасов, “О влиянии граничных условий на флуктуации бозе-конденсата взаимодействующих атомов”, Квантовая электроника, 50:6 (2020), 525–529 [Quantum Electron., 50:6 (2020), 525–529]