СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Защищаемые положения.................................. 4
Введение.............................................. 5
Глава 1. Экспериментальное исследование оптической ориентации метастабильных состояний изотопа №20 в интенсивных монохроматических лазерных полях................................ 12
1.1 Постановка экспериментальных исследований вырожденных метастабильных состояний атома (переход 185-2р8Ые20)............................................... 12
1.2 Результаты экспериментальных исследований.............. 17
Глава 2. Спектроскопия метастабильных атомов в условиях
оптической накачки и наведенной когерентности в интенсивных монохроматических полях.................... 21
2.1. Оптическое ориентирование метастабильных атомов 21
2.2. Спектр поглощения пробного поля........................ 28
3.3. Спектр поглощения пробного поля при анизотропном
возбуждении............................................ 34
2.4. Анализ данных экспериментального исследования
эффекта сильного поля в спектроскопии вырожденных метастабильных состояний атома (переход 1з5- 2р8 Ые20). 38
Глава 3. Влияние эффекта светового давления на форму резонанса
насыщенного поглощения в атомах с вырожденными метастабильными уровнями............................... 46
3.1. Численное моделирование резонансов насыщенного
поглощения в атомах с вырожденными метастабильными уровнями............................................... 46
3.2. Особенности спектра поглощения пробного поля на
переходе }п=2->]т=2 атома Ые........................... 50
3.3. Особенности спектра поглощения пробного поля на
переходе ,1П=2 -»1т=1 атома Ые......................... 54
3.4. Спектроскопические проявления эффекта светового
давления на переходе 5п=2-*]т=2 атома Ые............... 55
Глава 4. Спектрополяриметрические исследования процесса 62
оптической накачки в вырожденных атомных системах с метастабильным нижним состоянием в интенсивных лазерных полях........................................
4.1. Мегодика постановки экспериментальных исследований 62
4.2. Результаты экспериментальных исследований переходов 67
І85-2р2 (Д=2->)=1) и 1з5-2р4 (1=2->1=2) Ые20..........
4.3. Обсуждение экспериментальных результатов............... 74
2
Заключение..............
Цитируемая литература
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
1. Резонанс насыщенного поглощения при взаимодействии вырожденных атомных систем, у которых полные угловые моменты верхнего и нижнего уровней 1т=7п>2, а нижний уровень метастабильный, с интенсивным поляризованным монохроматическим полем представляет собой пик на фоне широкой доплеровской подкладки.
2. При увеличении интенсивности сильного монохроматического поля в центре резонанса насыщенного поглощения возникает провал, обусловленный особенностями поглощения пробного поля с “обогащенных” и “обедненных” в процессе оптической накачки магнитных подуровней.
3. Форма резонанса насыщенного поглощения пробного поля при взаимодействии интенсивного ориентирующего лазерного излучения с вырожденной атомной системой с метастабильным нижним подуровнем имеет четко выраженную асимметрию относительно центра линии поглощения, которая вызвана влиянием эффекта светового давления.
4. Разности населенностей между верхним состоянием перехода и магнитными подуровнями нижнего метастабильного состояния вырожденной атомной системы, установившихся в процессе оптической накачки, возможно, непосредственно измерять, используя методы Фарадеевской поляризационной спектроскопии.
4
ВВЕДЕНИЕ
Развитие таких фундаментальных направлений науки, как атомная физика и тесно связанных с ней квантовой механики и квантовой электродинамики, в большей степени обусловлено достижениями спектроскопии. С созданием мощных перестраиваемых источников когерентного излучения, перекрывших к настоящему времени диапазон длин волн от УФ до ИК-областей спектра с относительной шириной линии излучения вплоть до 10‘13 , разрешающая способность спектроскопических исследований оказалась ограниченной уже не инструментальной шириной прибора, а уширением спектральных линий изучаемых атомных и молекулярных систем. Очевидно, что перекрытие спектральных линий приводит к потере информации о многих деталях регистрируемых спектров, а именно в них в ряде случаев скрывается наиболее важная информация о малых отступлениях от уже известных фактов и существовании новых. Примеров этого в истории спектроскопии довольно немало.
Поэтому очевидна важность индуцирования и наблюдения узких спектральных линий (резонансов) со свойствами, присущими отдельному атому. А это осуществимо только в сильно разрежённом газе. Основными механизмами уширения спектральных линий в газе, как известно, являются доплеровское (неоднородное) уширение и однородное уширение, включающее в себя естественное, столкновительное, пролетное и полевое, а также уширение из-за столкновений со стенками сосуда атомов газа [1]. Не останавливаясь на анализе классических спектроскопических методов устранения наиболее сильного доплеровского уширения спектральной линии, отметим, что создание мощных когерентных источников излучения привело к рождению нелинейной лазерной спектроскопии насыщения внутри доплеровской ширины линии, основанной, на создании неравновесного распределения атомов на рабочих уровнях атомного перехода в результате эффекта насыщения в поле сильной бегущей волны [2] и устранении доплеровского уширения линии в поле встречной пробной (ненасыщающей) волны [3].
Следует отметить, что получение спектральной линии с однородной шириной не обязательно требует высокой интенсивности основного ( не пробного) излучения. Для этого напомним, что при взаимодействии поляризованного излучения с поглощающей вырожденной атомной системой, одним из проявлений которого является перераспределение атомов по вырожденным зеемановским подуровням рабочих уровней перехода (эффект оптической накачки [4]), приводит к возможности регистрации в поле пробного встречного излучения бездоплеровских
5
резонансов в ненасыщенных полях (эффект селективной по скорости оптической накачки [5]). Таким образом, методы лазерной спектроскопии в отличие от классических позволяют устранить доплеровское уширение спектральной линии, учитывая только особенности взаимодействия когерентного излучения с атомом.
В последние годы вследствие открытия ряда новых физических явлений таких как эффект когерентного пленения населенностей[35,45], возможность сверхглубокого охлаждения атомов[46] и получения Бозе-эйнштейновской конденсации[47], существенно вырос интерес к проблеме резонансного взаимодействия поляризованного монохроматического излучения с атомами, энергетические уровни которых вырождены по проекциям полного момента } , а нижний уровень является долгоживущим. Наличие запрещенных в дипольном приближении по магнитному квантовому числу переходов находит свое специфическое проявление в спектроскопии вырожденных переходов, что было обнаружено и проявилось в индуцировании спектроскопических особенностей с характерными ширинами заметно меньшими однородной ширины перехода при соответствующем выборе ] рабочих уровней перехода, поляризации излучения и при учете эффектов оптической накачки в спектроскопии пробного поля.
В числе задач, рассматривающих взаимодействие поляризованного электромагнитного поля с атомами, энергетические уровни которых вырождены по проекциям полного момента явление оптической накачки [4] занимает особое место. С одной стороны это обусловлено большой информативностью поляризационных характеристик излучения об элементарных процессах его взаимодействия, как с отдельным атомом, так и с системой атомов. С другой стороны становится необходимым корректный учет возникающих анизотропных свойств атома. К настоящему времени предложено и изучено большое число конкретных схем создания оптически ориентированных состояний [6] , многие из которых оказываются существенными для широкого класса спектроскопических и прикладных задач физики даже при использовании источников излучения с достаточно скромными спектральными и энергетическими характеристиками [7].
Учет оптической накачки при рассмотрении резонансного взаимодействия с интенсивным электромагнитным полем вносит принципиальные изменения в результаты нелинейной лазерной спектроскопии даже при изучении переходов с основного состояния атома. Это связано с выявлением в ряде исследований некоторых характерных свойств, присущих этой проблеме, в частности, обращении знака сигнала насыщенного поглощения, появления спектральных аномалий в линии поглощения пробного поля с шириной, не превышающей естественную ширину перехода, и ряда других [8,9].
6
- Київ+380960830922