Двойной радиооптический резонанс в конфигурации ханле при возбуждении d1-линии поглощения атомов щелочных металлов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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

  1. R. W. Wood and A. Ellett, Proceedings of the Royal Society of London. Series A 103(722), 396 (1933).
  2. W. Hanle, Z. Phys. 30, 93 (1924).
  3. G. Breit, Rev. Mod. Phys. 5, 91 (1933).
  4. G. Breit and I. S. Lowen, Phys. Rev. 46, 590 (1934).
  5. P. A. Franken, Phys. Rev. 121, 508 (1961).
  6. G. W. Series, Proc. Phys. Soc. 89, 1017 (1966).
  7. Д. В. Бражников, А. В. Тайченачев, А. М. Тумайкин, В. И. Юдин, Опт. спектр. 107, 119 (2009)
  8. D. V. Brazhnikov, A. V. Taichenachev, A. M. Tumaikin, V. I. Yudin, Opt. Spectrosc. 107, 113 (2009).
  9. A. C. G. Mitchell and E. J. Murphy, Phys. Rev. 46, 53 (1934).
  10. Г. В. Маркова, М. П. Чайка, Опт. спектр. 17, 319 (1964)
  11. G. Markova and M. Chaika, Opt. Spectrosc. 17, 170 (1964).
  12. P. Anantha Lakshmi and G. S. Agarwal, Phys. Rev. A 32, 1643 (1985).
  13. В. Т. Показаньев, Г. В. Скроцкий, УФН 107, 623 (1972)
  14. V G. Pokozan'ev and G. V. Skrotskii, Sov. Phys. Usp. 15, 452 (1973).
  15. 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).
  16. J.-C. Lehmann and C. Cohen-Tannoudji, C. R. Acad. Sci. (Paris) 245, 4463 (1964).
  17. Е. Б. Александров, А. М. Бонч-Бруевич, В. А. Ходовой, Опт. спектр. 23, 282 (1967)
  18. E. B. Aleksandrov, A. M. Bonch-Bruevich, and V. A. Khodovoi, Opt. Spectrosc. 23, 151 (1967).
  19. J. Dupont-Roc, S. Haroche, and C. Cohen-Tannoudji, Phys. Lett. A 28, 638 (1969).
  20. A. Kastler, Nucl. Instrum. Methods 110, 259 (1973).
  21. E. Alipieva, S. Gateva, and E. Taskova, Proc. SPIE 5449, 336 (2004).
  22. V. Shah, S. Knappe, P. D. D. Schwindt, and J. Kitching, Nat. Photonics 1, 649 (2007).
  23. S. Gateva et al., J. Optoelectron. Adv. M. 10, 98 (2008).
  24. V. Shah and M. V. Romalis, Phys. Rev. A 80, 013416 (2009).
  25. S. Pradhan et al., Rev. Sci. Instrum. 86, 063104 (2015).
  26. A. Papoyan et al., Appl. Opt. 55, 892 (2016).
  27. R. S. Grewal and M. Pattabiraman, Eur. Phys. J. D 70, 219 (2016).
  28. Y. Liu, X. Peng, H. Wang et al., Opt. Lett. 47, 5252 (2022).
  29. D. V. Brazhnikov et al., Phys. Rev. A 106, 013113 (2022).
  30. А. О. Макаров, Д. В. Бражников, А. Н. Гончаров, Письма в ЖЭТФ 117, 509 (2023).
  31. O. Alem et al., Phys. Med. Biol. 60, 4797 (2015).
  32. E. J. Pratt et al., Proc. SPIE 11700, 1170032 (2021).
  33. A. Fabricant et al., Sci. Rep. 11, 1438 (2021).
  34. E. P eghaar et al., Opt.Commun. 99, 303 (1993).
  35. N. Castagna and A. Weis, Phys. Rev. A 84, 053421 (2011).
  36. E. Breschi and A. Weis, Phys. Rev. A 86, 053427 (2012).
  37. С. А. Зибров, Я. О. Дудин, А. Г. Раднаев и др., Письма в ЖЭТФ 85, 515-519 (2007)
  38. S. A. Zibrov, Ya. O. Dudin, A. G. Radnaev et al., JETP Lett. 85, 417 (2007).
  39. Д. В. Бражников, А. В. Тайченачев, А. М. Тумайкин и др., Письма в ЖЭТФ 91, 694 (2010)
  40. D. V. Brazhnikov, A. V. Taichenachev, A. M. Tumaikin et al., JETP Lett. 91, 625 (2010).
  41. D. V. Brazhnikov et al., Eur. Phys. J. D 63, 315 (2011).
  42. I. S. Radojiˇci'c, M. Radonji'c, M. M. Leki'c et al., J. Opt. Soc. Am. B 32, 426 (2015).
  43. D. V. Brazhnikov, S. M. Ignatovich, V. I. Vishnyakov et al., Laser Phys. Lett. 15, 025701 (2018).
  44. D. V. Brazhnikov, S. M. Ignatovich, A. S. Novokreshchenov, and M. N. Skvortsov, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 52, 215002 (2019).
  45. G. Le Gal, G. Lieb, F. Beato et al., Phys. Rev. Appl. 12, 064010 (2019).
  46. D. V. Brazhnikov, V. I. Vishnyakov, S. M. Ignatovich et al., Appl. Phys. Lett. 119, 024001 (2021).
  47. Shengran Su, Zhenyuan Xu, Xiang He et al., Sensors 23, 3148 (2023).
  48. K. Nasyrov, S. Cartaleva, N. Petrov et al., Phys. Rev. A 74, 013811 (2006).
  49. Д. В. Бражников, А. В. Тайченачев, А. М. Тумайкин и др., Письма в ЖЭТФ 83, 71 (2006)
  50. D. V. Brazhnikov, A. V. Ta˘ıchenachev, A. M. Tuma˘ıkin et al., JETP Lett. 83, 64 (2006).
  51. R. S. Grewal and M. Pattabiraman, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 48, 085501 (2015).
  52. G. Le Gal, L.-L. Rouve, and A. Palacios-Laloy, Appl. Phys. Lett. 118, 254001 (2021).
  53. D. Budker, W. Gawlik, D. F. Kimball et al., Rev. Mod. Phys. 74, 1153 (2002).
  54. Y.-Y. Jau, A. B. Post, N. N. Kuzma et al., Phys. Rev. Lett. 92, 110801 (2004).
  55. Е. Б. Александров, А. К. Вершовский, УФН 179, 605 (2009)
  56. E. B. Aleksandrov, A. K. Vershovskii, Phys. Usp. 52, 573 (2009).
  57. T. Thiele, Y. Lin, M. O. Brown, and C. A. Regal, Phys. Rev. Lett. 121, 153202 (2018).
  58. J. Vanier and C. Audoin, The Quantum Physics of Atomic Frequency Standards, Adam Hilger, Bristol and Philadelphia (1989).
  59. J. Vanier and C. Mandache, Appl. Phys. B 87, 565 (2007).
  60. J. Camparo, Phys. Today 60, 33 (2007).
  61. E. Batori, C. A olderbach, M. Pellaton et al., Phys. Rev. Applied 18, 054039 (2022).
  62. A. Kastler, J. Phys. Rad. 11, 255 (1950).
  63. W. Happer, Rev. Mod. Phys. 44, 169 (1972).
  64. M. Gharavipour, C. A olderbach, S. Kang et al., J. Phys. Conf. Ser. 723, 012006 (2016).
  65. A. Litvinov, G. Kazakov, B. Matisov, and I. Mazets, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 41, 125401 (2008).
  66. Z. Hu, J. Deng, Y. Ma et al., Chin. Phys. B 19, 074209 (2010).
  67. Y. Ma, J. Deng, Z. Hu et al., Chin. Opt. Lett. 11, 022701 (2013).
  68. A. Alzetta, A. Gozzini, L. Moi, and G. Orriols, Nuovo Cimento B 36, 5 (1976).
  69. Y. Dancheva, G. Alzetta, S. Cartaleva et al., Opt.Commun. 178, 103 (2000).
  70. S. G. Rautian and A. M. Shalagin, Kinetic Problems of Nonlinear Spectroscopy, North-Holland, Amsterdam (1991).
  71. U. Volz and H. Schmoranzer, Phys. Scripta 1996, 48 (1996).
  72. B. J. Dalton and P. L. Knight, J. Phys. B: At. Mol. Phys. 15, 3997 (1982).
  73. S. Mukamel, Principals of Nonlinear Optical Spectroscopy, Oxford University Press, New York (1995).
  74. И. И. Собельман, Введение в теорию атомных спектров, Наука, Москва (1977)
  75. I. I. Sobel'man, Introduction to the Theory of Atomic Spectra, Pergamon Press, New York (1972).
  76. G. Alzetta et al., J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 3, 181 (2001).
  77. F. Renzoni, A. Lindner, and E. Arimondo, Phys. Rev. A 60, 450 (1999).
  78. G. P. Barwood, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Appl. Phys. B 53, 142 (1991).
  79. G. A. Pitz, A. J. Sandoval, T. B. Tafoya et al., J. Quant. Spectrosc. Ra. 140 18 (2014).
  80. F. A. Franz, Phys. Rev. 139, A603 (1965).
  81. R. E. Slocum and B. I. Marton, IEEE T. Magn. Mag-9, 221 (1973).
  82. S. Gozzini, L. Marmugi, A. Lucchesini et al., Phys. Rev. A 84, 013812 (2011).
  83. E. Arimondo, Prog. Opt. 35, 257 (1996).
  84. R. Wynands and A. Nagel, Appl. Phys. B 68, 1 (1999).
  85. S. Knappe, R. Wynands, J. Kitching et al., J. Opt. Soc. Am. B 18, 1545 (2001).
  86. 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.
  87. В. В. Васильев, В. Л. Величанский, С. А. Зибров и др., ЖЭТФ 139, 883 (2011)
  88. V. V. Vasil'ev, V. L. Velichanskii, S. A. Zibrov et al., J. Exp. Theor. Phys. 112, 770 (2011).
  89. S. Gateva, E. Alipieva, and E. Taskova, Phys. Rev. A 72, 025805 (2005).
  90. S. Appelt, A. Ben-Amar Baranga, A. R. Young, and W. Happer, Phys. Rev. A 59, 2078 (1999).
  91. A. Risley, S. Jarvis Jr., and J. Vanier, J. Appl. Phys. 51, 4571 (1980).
  92. F. J. Duarte, in Tunable Lasers Handbook, edited by F. J. Duarte, Academic Press Inc., London (1995).
  93. Д. Б. Лазебный и др., ЖЭТФ 148, 1068 (2015)
  94. D. B. Lazebnyi et al., J. Exp. Theor. Phys. 121, 934 (2015).
  95. M. Auzinsh, R. Ferber, F. Gahbauer et al., Phys. Rev. A 78, 013417 (2008).
  96. Y. Xiao, Mod. Phys. Lett. B 23(5), 661 (2009).
  97. A. Horsley, G.-X. Du, M. Pellaton et al., Phys. Rev. A 88, 063407 (2013).
  98. C. A olderbach, G.-X. Du, T. Bandi et al., IEEE T. Instrum. Meas. 64, 3629 (2015).

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах