Двойной радиооптический резонанс в конфигурации ханле при возбуждении d1-линии поглощения атомов щелочных металлов
- Авторы: Бражников Д.В.1,2, Энтин В.М.3, Рябцев И.И.2,3
-
Учреждения:
- Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук
- Новосибирский государственный университет
- Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук
- Выпуск: Том 164, № 2 (2023)
- Страницы: 291-311
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4510/article/view/148053
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044451023080163
- EDN: https://elibrary.ru/ICYUNB
- ID: 148053
Цитировать
Аннотация
Исследуется поглощение световой волны, взаимодействующей с оптическими переходами в D1-линии атома щелочного металла в присутствии микроволнового излучения, резонансного магнито-дипольным переходам между сверхтонкими компонентами основного состояния. Известно, что при сканировании продольного магнитного поля (B||k, где k - волновой вектор) возможно наблюдение магнитооптического резонанса, связанного с эффектом Ханле в основном состоянии (ЭХОС). Кроме того, в виду наличия резонансного микроволнового излучения, также имеет место эффект двойного радиооптического резонанса (ДРОР). Проведено теоретическое и экспериментальное исследование степени взаимного влияния этих эффектов на формирование узкого магнитооптического резонанса в поглощении световой волны. В ходе теоретического анализа показано, что эти эффекты конкурируют друг с другом и действуют на формирование резонанса деструктивным образом, что приводит к малой амплитуде резонанса и усложнению его формы. Однако в присутствии буферного газа такого давления, что сверхтонкое расщепление возбужденного состояния спектрально не разрешается, становится возможным наблюдать магнитооптический резонанс с относительно большой амплитудой. Эксперименты выполнены с использованием миниатюрной стеклянной ячейки (V ∼ 0.1 см3), наполненной парами 87Rb и буферным газом (≈ 95 Торр аргона). В экспериментах, в частности, наблюдается эффект сужения резонанса с ростом интенсивности светового поля, предсказанный теоретически. Предложенная конфигурация возбуждения магнитооптических резонансов может быть использована в квантовой магнитометрии для измерения слабых постоянных магнитных полей, а также резонансных микроволновых полей с использованием ячеек с парами атомов щелочных металлов.
Об авторах
Д. В. Бражников
Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук;Новосибирский государственный университет
Email: x-kvant@mail.ru
В. М. Энтин
Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук
И. И. Рябцев
Новосибирский государственный университет;Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук
Список литературы
- R. W. Wood and A. Ellett, Proceedings of the Royal Society of London. Series A 103(722), 396 (1933).
- W. Hanle, Z. Phys. 30, 93 (1924).
- G. Breit, Rev. Mod. Phys. 5, 91 (1933).
- G. Breit and I. S. Lowen, Phys. Rev. 46, 590 (1934).
- P. A. Franken, Phys. Rev. 121, 508 (1961).
- G. W. Series, Proc. Phys. Soc. 89, 1017 (1966).
- Д. В. Бражников, А. В. Тайченачев, А. М. Тумайкин, В. И. Юдин, Опт. спектр. 107, 119 (2009)
- D. V. Brazhnikov, A. V. Taichenachev, A. M. Tumaikin, V. I. Yudin, Opt. Spectrosc. 107, 113 (2009).
- A. C. G. Mitchell and E. J. Murphy, Phys. Rev. 46, 53 (1934).
- Г. В. Маркова, М. П. Чайка, Опт. спектр. 17, 319 (1964)
- G. Markova and M. Chaika, Opt. Spectrosc. 17, 170 (1964).
- P. Anantha Lakshmi and G. S. Agarwal, Phys. Rev. A 32, 1643 (1985).
- В. Т. Показаньев, Г. В. Скроцкий, УФН 107, 623 (1972)
- V G. Pokozan'ev and G. V. Skrotskii, Sov. Phys. Usp. 15, 452 (1973).
- W. Gawlik, D. Gawlik, and H. Walther, in The Hanle E ect and Level-Crossing Spectroscopy, ed. by G. Moruzzi and F. Strumia, Springer, New York (1991).
- J.-C. Lehmann and C. Cohen-Tannoudji, C. R. Acad. Sci. (Paris) 245, 4463 (1964).
- Е. Б. Александров, А. М. Бонч-Бруевич, В. А. Ходовой, Опт. спектр. 23, 282 (1967)
- E. B. Aleksandrov, A. M. Bonch-Bruevich, and V. A. Khodovoi, Opt. Spectrosc. 23, 151 (1967).
- J. Dupont-Roc, S. Haroche, and C. Cohen-Tannoudji, Phys. Lett. A 28, 638 (1969).
- A. Kastler, Nucl. Instrum. Methods 110, 259 (1973).
- E. Alipieva, S. Gateva, and E. Taskova, Proc. SPIE 5449, 336 (2004).
- V. Shah, S. Knappe, P. D. D. Schwindt, and J. Kitching, Nat. Photonics 1, 649 (2007).
- S. Gateva et al., J. Optoelectron. Adv. M. 10, 98 (2008).
- V. Shah and M. V. Romalis, Phys. Rev. A 80, 013416 (2009).
- S. Pradhan et al., Rev. Sci. Instrum. 86, 063104 (2015).
- A. Papoyan et al., Appl. Opt. 55, 892 (2016).
- R. S. Grewal and M. Pattabiraman, Eur. Phys. J. D 70, 219 (2016).
- Y. Liu, X. Peng, H. Wang et al., Opt. Lett. 47, 5252 (2022).
- D. V. Brazhnikov et al., Phys. Rev. A 106, 013113 (2022).
- А. О. Макаров, Д. В. Бражников, А. Н. Гончаров, Письма в ЖЭТФ 117, 509 (2023).
- O. Alem et al., Phys. Med. Biol. 60, 4797 (2015).
- E. J. Pratt et al., Proc. SPIE 11700, 1170032 (2021).
- A. Fabricant et al., Sci. Rep. 11, 1438 (2021).
- E. P eghaar et al., Opt.Commun. 99, 303 (1993).
- N. Castagna and A. Weis, Phys. Rev. A 84, 053421 (2011).
- E. Breschi and A. Weis, Phys. Rev. A 86, 053427 (2012).
- С. А. Зибров, Я. О. Дудин, А. Г. Раднаев и др., Письма в ЖЭТФ 85, 515-519 (2007)
- S. A. Zibrov, Ya. O. Dudin, A. G. Radnaev et al., JETP Lett. 85, 417 (2007).
- Д. В. Бражников, А. В. Тайченачев, А. М. Тумайкин и др., Письма в ЖЭТФ 91, 694 (2010)
- D. V. Brazhnikov, A. V. Taichenachev, A. M. Tumaikin et al., JETP Lett. 91, 625 (2010).
- D. V. Brazhnikov et al., Eur. Phys. J. D 63, 315 (2011).
- I. S. Radojiˇci'c, M. Radonji'c, M. M. Leki'c et al., J. Opt. Soc. Am. B 32, 426 (2015).
- D. V. Brazhnikov, S. M. Ignatovich, V. I. Vishnyakov et al., Laser Phys. Lett. 15, 025701 (2018).
- D. V. Brazhnikov, S. M. Ignatovich, A. S. Novokreshchenov, and M. N. Skvortsov, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 52, 215002 (2019).
- G. Le Gal, G. Lieb, F. Beato et al., Phys. Rev. Appl. 12, 064010 (2019).
- D. V. Brazhnikov, V. I. Vishnyakov, S. M. Ignatovich et al., Appl. Phys. Lett. 119, 024001 (2021).
- Shengran Su, Zhenyuan Xu, Xiang He et al., Sensors 23, 3148 (2023).
- K. Nasyrov, S. Cartaleva, N. Petrov et al., Phys. Rev. A 74, 013811 (2006).
- Д. В. Бражников, А. В. Тайченачев, А. М. Тумайкин и др., Письма в ЖЭТФ 83, 71 (2006)
- D. V. Brazhnikov, A. V. Ta˘ıchenachev, A. M. Tuma˘ıkin et al., JETP Lett. 83, 64 (2006).
- R. S. Grewal and M. Pattabiraman, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 48, 085501 (2015).
- G. Le Gal, L.-L. Rouve, and A. Palacios-Laloy, Appl. Phys. Lett. 118, 254001 (2021).
- D. Budker, W. Gawlik, D. F. Kimball et al., Rev. Mod. Phys. 74, 1153 (2002).
- Y.-Y. Jau, A. B. Post, N. N. Kuzma et al., Phys. Rev. Lett. 92, 110801 (2004).
- Е. Б. Александров, А. К. Вершовский, УФН 179, 605 (2009)
- E. B. Aleksandrov, A. K. Vershovskii, Phys. Usp. 52, 573 (2009).
- T. Thiele, Y. Lin, M. O. Brown, and C. A. Regal, Phys. Rev. Lett. 121, 153202 (2018).
- J. Vanier and C. Audoin, The Quantum Physics of Atomic Frequency Standards, Adam Hilger, Bristol and Philadelphia (1989).
- J. Vanier and C. Mandache, Appl. Phys. B 87, 565 (2007).
- J. Camparo, Phys. Today 60, 33 (2007).
- E. Batori, C. A olderbach, M. Pellaton et al., Phys. Rev. Applied 18, 054039 (2022).
- A. Kastler, J. Phys. Rad. 11, 255 (1950).
- W. Happer, Rev. Mod. Phys. 44, 169 (1972).
- M. Gharavipour, C. A olderbach, S. Kang et al., J. Phys. Conf. Ser. 723, 012006 (2016).
- A. Litvinov, G. Kazakov, B. Matisov, and I. Mazets, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 41, 125401 (2008).
- Z. Hu, J. Deng, Y. Ma et al., Chin. Phys. B 19, 074209 (2010).
- Y. Ma, J. Deng, Z. Hu et al., Chin. Opt. Lett. 11, 022701 (2013).
- A. Alzetta, A. Gozzini, L. Moi, and G. Orriols, Nuovo Cimento B 36, 5 (1976).
- Y. Dancheva, G. Alzetta, S. Cartaleva et al., Opt.Commun. 178, 103 (2000).
- S. G. Rautian and A. M. Shalagin, Kinetic Problems of Nonlinear Spectroscopy, North-Holland, Amsterdam (1991).
- U. Volz and H. Schmoranzer, Phys. Scripta 1996, 48 (1996).
- B. J. Dalton and P. L. Knight, J. Phys. B: At. Mol. Phys. 15, 3997 (1982).
- S. Mukamel, Principals of Nonlinear Optical Spectroscopy, Oxford University Press, New York (1995).
- И. И. Собельман, Введение в теорию атомных спектров, Наука, Москва (1977)
- I. I. Sobel'man, Introduction to the Theory of Atomic Spectra, Pergamon Press, New York (1972).
- G. Alzetta et al., J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 3, 181 (2001).
- F. Renzoni, A. Lindner, and E. Arimondo, Phys. Rev. A 60, 450 (1999).
- G. P. Barwood, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Appl. Phys. B 53, 142 (1991).
- G. A. Pitz, A. J. Sandoval, T. B. Tafoya et al., J. Quant. Spectrosc. Ra. 140 18 (2014).
- F. A. Franz, Phys. Rev. 139, A603 (1965).
- R. E. Slocum and B. I. Marton, IEEE T. Magn. Mag-9, 221 (1973).
- S. Gozzini, L. Marmugi, A. Lucchesini et al., Phys. Rev. A 84, 013812 (2011).
- E. Arimondo, Prog. Opt. 35, 257 (1996).
- R. Wynands and A. Nagel, Appl. Phys. B 68, 1 (1999).
- S. Knappe, R. Wynands, J. Kitching et al., J. Opt. Soc. Am. B 18, 1545 (2001).
- M. Pellaton, C. A olderbach, G. Mileti et al., IEEE Proceedings of European Frequency and Time Forum (EFTF), Neuchatel, Switzerland, June 22 - 26, 2014, pp. 554-557. doi: 10.1109/EFTF.2014.7331561.
- В. В. Васильев, В. Л. Величанский, С. А. Зибров и др., ЖЭТФ 139, 883 (2011)
- V. V. Vasil'ev, V. L. Velichanskii, S. A. Zibrov et al., J. Exp. Theor. Phys. 112, 770 (2011).
- S. Gateva, E. Alipieva, and E. Taskova, Phys. Rev. A 72, 025805 (2005).
- S. Appelt, A. Ben-Amar Baranga, A. R. Young, and W. Happer, Phys. Rev. A 59, 2078 (1999).
- A. Risley, S. Jarvis Jr., and J. Vanier, J. Appl. Phys. 51, 4571 (1980).
- F. J. Duarte, in Tunable Lasers Handbook, edited by F. J. Duarte, Academic Press Inc., London (1995).
- Д. Б. Лазебный и др., ЖЭТФ 148, 1068 (2015)
- D. B. Lazebnyi et al., J. Exp. Theor. Phys. 121, 934 (2015).
- M. Auzinsh, R. Ferber, F. Gahbauer et al., Phys. Rev. A 78, 013417 (2008).
- Y. Xiao, Mod. Phys. Lett. B 23(5), 661 (2009).
- A. Horsley, G.-X. Du, M. Pellaton et al., Phys. Rev. A 88, 063407 (2013).
- C. A olderbach, G.-X. Du, T. Bandi et al., IEEE T. Instrum. Meas. 64, 3629 (2015).