Исследование светового сдвига частоты радиооптического резонанса в парах щелочных металлов с оптической накачкой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ПОДВЯЗНЫЙ Алексей Андреевич

ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕТОВОГО СДВИГА ЧАСТОТЫ РАДИООПТИЧЕСКОГО РЕЗОНАНСА В ПАРАХ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ С ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКОЙ

Специальность: 01.04.03 - РАДИОФИЗИКА

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Семенов Владимир Васильевич

Официальные оппоненты:

- кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Плешаков Иван Викторович

- доктор технических наук, профессор Полянский Владимир Александрович

Ведущая организация:

Российский институт радионавигации и времени, Санкт-Петербург

Защита состоится «30» ноября 2006 года в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.229.01 в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу 195251, С.Петербург, Политехническая ул., 29, II учебный корпус, ауд, 470а.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан « 2& » 200 Ьг.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.229.01,

доктор технических наук

Короткое А.С.

Общая характеристика работы

Настоящая работа, выполненная автором в 2001 - 2006 годах, посвящена исследованию влияния нерезонансных компонент света накачки на энергетическую структуру сверхтонкого расщепления в постоянном магнитном поле основного состояния щелочных атомов, используемых в промышленных квантовых дискриминаторах с оптической накачкой. Проведены экспериментальные и теоретические исследования световых сдвигов частоты основных рабочих переходов. Результаты работы позволили оценить величину светового сдвига частоты радиооптического резонанса в атомах исследуемых щелочных металлов; динамику его поведения в зависимости от изменения параметров света накачки, параметров рабочих ячеек и воздействующих на них радиопалей и другие аспекты, связанные с проблемой световых сдвигов.

Актуальность темы. Одной из основных проблем, возникающих при разработке как атомных стандартов частоты, так и квантовых парощелочных магнитометров с оптической накачкой, являются погрешности измерения рабочей частоты, вызванные так называемыми световыми сдвигами линии радиооптического резонанса. При использовании ординарных спектральных ламп в качестве источников накачки наибольший вклад в погрешности подобных устройств вносит действие нерезонансных компонент спектра накачки, вызывающее оптический Штарк-эффект в поле световой волны. Теория этого эффекта, развитая в фундаментальных работах В. Хэппера, показывает, что наблюдаемый в экспериментах с парами щелочных атомов световой сдвиг частоты радиооптического резонанса содержит в своем составе три компоненты — скалярную, векторную и тензорную, весовой вклад которых определяется типом магнитодипольного перехода в основном состоянии щелочного атома. Так, например, применительно к атомным стандартам частоты с оптической накачкой, скалярная компонента светового сдвига наблюдается на СВЧ магиитодипольных переходах между состояниями сверхтонкой структуры с разными значениями квантового числа Р, характеризующего полный момент атома. Векторная и тензорная компоненты светового сдвига проявляются в квантовых парощелочных магнитометрах, работающих на частоте зеемановских переходов между соседними

магнитными подуровнями основного состояния атомов в условиях действия циркулярно-поляризованного света накачки. При этом в зависимости от знака поляризации света векторная компонента может либо вычитаться, либо складываться с тензорной составляющей, знак которой не зависит от направления поляризации излучения накачки.

До настоящего времени в приложениях практиковалась рекомендация всемерного снижения темпа накачки, позволяющая предельно уменьшить суммарный световой сдвиг и связанное с ним возмущение резонансной частоты квантового дискриминатора. Однако при этом происходит существенное снижение его вариационной чувствительности, максимальное значение которой соответствует темпам накачки, сравнимым со скоростью темповой релаксации атомов рабочего вещества. Возможность взаимной компенсации компонент светового сдвига позволяет рассчитывать на разумный компромисс, сочетающий минимальную погрешность измерений с достаточно высокой дискриминирующей способностью устройства. Это может быть достигнуто в случае соизмеримых величин компонент светового сдвига, раздельное определение которых применительно к зеемановскому резонансу в оптически ориентированных атомах до сих пор не проводилось.

Цель работы. Целью настоящей диссертационной работы является аналитическая н экспериментальная оценка векторной и тензорной компонент светового сдвига частоты радиооптического резонанса, а также выявление роли подобных сдвигов в формировании линии поглощения, наблюдаемой в парах щелочных металлов на СВЧ магнитодипольных переходах в условиях действия эффекта когерентного пленения населенностей (КПН).

Научная новизна и практическая значимость работы заключаются в следующем:

1. Применительно к оптически ориентированным парам цезия и рубидия впервые показана возможность взаимной компенсации тензорной и векторной компонент светового сдвига частоты радиооптического резонанса при различных режимах оптической накачки излучением лампового спектрального источника. Использование результатов исследований в приложениях позволяет существенно

снизить дестабилизирующее действие света накачки на положение спектральной линии квантового устройства без потери его вариационной чувствительности. 2. В условиях действия эффекта КПН при сверхтонкой оптической накачке щелочных паров получены новые значения оптимального темпа оптической релаксации, при котором достигается максимум крутизны дискриминаторной характеристики наблюдаемого сигнала поглощения. Впервые экспериментально и теоретически продемонстрировано отсутствие светового сдвига частоты резонансного сигнала на многоквантовых переходах. Полученные результаты могут быть использованы при разработке СТС магнитометров без систематических погрешностей.

Основные положения, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие положения: 1. В четырехуровневой модели атомов щелочных металлов с ядерным спином 3/2, для которой три нижних магнитных подуровня 0 = 1, 2, 3) принадлежат полному моменту Г — 1 основного состояния, а четвертый верхний (1 = 4) является эквивалентом пяти магнитных подуровней с Р = 2, в сигнале радиочастотного КПН-резонанса, индуцируемого в условиях сверхтонкой оптической накачки светом спектральной лампы двумя СВЧ радиополями с равными интенсивностями на переходах ¡=1 <-м = 4и1 = 3*-м = 4,

а) отсутствует световой сдвиг резонансной частоты многоквантовых переходов вне зависимости от амплитуды приложенных радиополей и темпа оптической и тепловой релаксации;

б) при фазовом детектировании сигнала в условиях периодического сканирования резонансных условий имеет место существенное отличие по сравнению с двухуровневой моделью оптимальных значений темпа накачки и амплитуды радиополей, при которых реализуется максимум дискриминирующей способности сигнала. В частности, этот максимум достигается в условиях одновременной модуляции постоянного магнитного поля и интенсивности света накачки, но с удвоенной, относительно первой, частотой, что принципиально не наблюдается в классической двухуровневой модели атома при магнитном резонансе.

2. В оптически ориентированных парах щелочных металлов (стабильных изотопах цезия, рубидия и калия) при оптической накачке и Ог линиями головного дублета от лампового источника для наиболее интенсивного магиитодилольного перехода в основном состоянии с наибольшим значением квантового числа И (характеризующего полный момент атома) векторная и тензорная компоненты светового сдвига частоты радиооптического резонанса проявляют себя следующим образом:

а) при равных интегральных интенсивностях света накачки в изотопах калия, в сравнении с атомами рубидия и цезия, наблюдается значительный перевес векторной компоненты над тензорной для линии накачки П>2, в случае же оптической накачки атомов рубидия и цезия линией Бг - обе компоненты соизмеримы по величине;

б) выбором знака поляризации излучения спектрального источника можно существенно (более чем на порядок) уменьшить абсолютную величину интегрального светового сдвига за счет взаимной компенсации векторной и тензорной компонент, причем максимум этой взаимной компенсации достигается в случае оптической накачки линией 0|.

Приоритет результатов. Основные результаты, по которым сформулированы научные положения, получены впервые.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. Политехнический симпозиум «Молодые ученые - промышленности СевероЗападного региона»: конференции «Технические науки - промышленности региона» и «Инновационный менеджмент наукоемких разработок», СПбГПУ, г. Санкт-Петербург, февраль, 2002г.

2. Зимняя молодежная школа-конференция «МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ», СПбГУ, г. Санкт-Петербург, декабрь, 2004г.

3. Политехнический симпозиум «Молодые ученые - промышленности СевероЗападного региона», СПбГПУ, г. Санкт-Петербург, февраль, 2005г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи, 3 доклада и публикации тезисов на конференциях.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. О&ьем диссертации составляет 153 страницы машинописного текста» в том числе 8 таблиц и 35 рисунков. Список литературы содержит 122 наименования.

Основное содержание диссертации.

Во введении обоснована актуальность задачи, рассмотренной в диссертации, определены методы, подлежащие анализу, кратко изложено содержание диссертации и выдвинуты защищаемые положения.

Первая глава содержит обзор существующих методов оптической накачки и их приложений в квантовой магнитометрии и технике образцовых мер частоты.

Несомненный приоритет метод оптической накачки получил в атомной физике как универсальный радиоспектроскопический способ исследования тонких физических процессов, связанных с изучением сечений спинового обмена и констант релаксации, межатомных взаимодействий, квадрупольных моментов атомов. Однако, помимо чисто академического использования, этот метод нашел широкое применение и при создании многих приборов квантовой электроники.

Наибольшее прикладное значение метод оптической накачки приобрел в технике квантовых магнитометров и образцовых мер частоты.

Эталонными на сегодняшний день образцами квантовых магнитометров с оптической накачкой признаны щелочно-гелиевые устройства и прецизионные схемы Мх типа на изолированных сверхузких линиях оптически ориентированных паров калия.

Для наиболее распространенного в приложениях метода оптической регистрации магнитного резонанса главными задачами при создании прецизионных квантовых устройств являются предельное уменьшение влияния света накачки на резонансную частоту устройства и разработка практических рекомендаций к выбору оптимальных параметров используемых электромагнитных полей, при которых обеспечивается максимум крутизны дискриминаторной характеристики наблюдаемого сигнала.

В известных публикациях, посвященных проблеме повышения стабильности частоты квантовых парощелочных дискриминаторов, прослеживается сугубо эмпирический подход к поиску новых схемных решений (например, упомянутые ранее варианты импульсной и зонной накачки), позволяющих либо ослабить, либо исключить дестабилизирующее действие резонансного излучения. При этом совершенно игнорируется тот факт, что световой сдвиг имеет сложную многокомпонентную структуру, выявление которой в эксперименте позволяет обнаружить новые возможности улучшения прецизионных свойств квантовых датчиков.

В последние годы опубликовано большое количество работ, посвященных эффекту когерентного пленения населенностей (КПН), который связан с существованием особого суперпозиционного состояния квантовой системы при воздействии на нее двумя электромагнитными полями. Детальное аналитическое исследование этого явления на различных атомных моделях нашло прикладное воплощение в сверхминиатюрных атомных часах. Определенные перспективы эффект КПН имеет и в квантовой магнитометрии, в частности, при создании СТС магнитометров, работающих на так называемой линии темного резонанса. Вопросам оптимизации дискриминаторной характеристики таких липка посвящена одна из глав диссертационной работы,

В заключение первой главы определены поставленные диссертационной работой задачи.

Во второй главе приводятся результаты расчета относительного вклада тензорной и векторной компонент светового сдвига в оптически ориентированных изотопах цезия, рубидия и калия, представляющие прикладной интерес для радиоспектроскопии, в условиях оптической накачки и Г>2 линиями головною дублета от лампового спектрального источника. Для указанных щелочных атомов вычислялись диагональные матричные элементы оператора светового сдвига, определяющие смещение энергоподуровней сверхтонкой структуры между состояниями с разным значением полного момента Р, и оценивалось значение светового сдвига для наиболее интенсивного магнитодипольного перехода в состоянии с наибольшим значением И между магнитными подуровнями шр — И и

Шр = р — 1. В основе методики расчетов использовался аппарат поляризационных моментов.

Элементы матрицы оператора светового сдвига определялись из формулы:

е - комплексный вектор поляризации света накачки (подчиняющийся условию нормировки ее* = е*е = 1), а - тензор поляризуемости атомной среды.

Затем были рассчитаны спектральные плотности составляющих светового сдвига частоты для соответствующих рангов тензора поляризуемости о.

где Ду5 - спектральная плотность векторной и тензорной составляющих светового сдвига (для рангов а равных соответственно 1 и 2), Ь - постоянная Планка,

И и шр — соответственно квантовые числа, определяющие величину полного момента атома и проекции магнитного момента атома на направление магнитного поля.

Спектральный профиль накачки лампового источника описывался суммой четырех доплеровских контуров для Э) линии и шестью доплеровскими контурами для линии Составляющие светового сдвига в герцах определялись из формулы:

где | Е |2 — интенсивность света накачки,

Ду5 = РШр|5Е|РШр >-<р'тР'|5Е|р'ш/ >)

= <302 |Ду5Ф(у)ау ,

где ¿V - интегральное значение светового сдвига,

Ф(У) — спектральный профиль накачки лампового источника,

-> 1 <Зо - тензор поляризации, равный для неполярнзованного света,

распространяющегося вдоль вектора постоянного магнитного поля.

Были получены расчетные значения векторной и тензорной компонент светового сдвига для температуры спектральной лампы накачки 400°К. Интенсивности 0{ и линий накачки принимались равными 100 мкВт/см2.

Кроме того, исследовалась динамика поведения компонент светового сдвига для линий О] и И>2 при красном и фиолетовом смещениях, вызванных изменением давления аргона и гелия, выступающих в качестве буферных газов.

В конце главы сформулированы основные выводы: о соизмеримости компонент светового сдвига в атомах рубидия (кроме резонансной накачки для линии 0])> калия (кроме линии накачки 02) и цезия; о возможности взаимной компенсации компонент светового сдвига в случае оптической накачки линией Эь о значительном превалировании векторной компоненты над тензорной для линии накачки Эг, что диктует использование маломощных источников накачки для калиевых магнитометров; о возможности значительного уменьшения светового сдвига при оптимальном выборе давления соответствующего буферного газа.

В третьей главе рассматриваются результаты аналитического исследования четырехуровневой модели сверхтонкого расщепления атомов щелочных металлов.

В существующих парощелочных квантовых дискриминаторах с оптической накачкой используются различные способы создания неравновесного распределения населенностей в структуре магнитных подуровней атомов рабочего вещества. Наиболее распространенными являются способ оптической ориентации с помощью циркулярно-поляризованного света накачки, а также метод сверхтонкой оптической накачки, практикуемый в рубидивых эталонах на газовой ячейке с изотопической фильтрацией резонансного излучения. В последнем случае в качестве селектирующего элемента используется ячейка-фильтр с изотопом ЯЬ85, позволяющая выделить соответствующие компоненты в спектре накачки от лампы с изотопом КЬ87 и осуществить преимущественное заселение магнитных

подуровней, принадлежащих полному моменту атома с Р = 2, Действие нерезоиансиых спектральных компонент света накачки прн этом проявляется в увеличении энергетического зазора между состояниями щелочного атома с Р = 1 и И -2 (скалярная составляющая светового сдвига), величина которого зависит от температуры ячейки-фильтра, а также интенсивности и спектрального профиля контура накачки. Применительно к изотопу ЯЬ87 величина светового сдвига достигает весьма существенных значений, если в качестве источника накачки непосредственно (минуя ячейку-фильтр) использовать спектральную лампу с изотопом Шэ85. Несмотря на довольно высокое отношение сигнал-шум, столь заметное влияние света накачки на резонансную частоту не позволяет использовать метод изотопической накачки в традиционных схемах рубидиевых квантовых дискриминаторов, где индуцирование магпитодипольных переходов между состояниями с разным значением полного момента осуществляется одним радиополем.

Совершенно иная ситуация складывается, если квантовый дискриминатор работает на частоте так называемого темного резонанса, физическую основу которого составляет эффект когерентного пленения населенностей (КПН), В классической трехуровневой модели атомов эффект КПН наблюдается при их взаимодействии с двумя близкими по частоте электромагнитными полями, индуцирующими переходы между верхним удаленным энергетическим подуровнем и двумя нижними близко размещенными долгоживущими подуровнями. При этом, в окрестности нулевой расстройки используемых полей относительно резонансного значения в оптическом спектре линии флуоресценции наблюдается характерный провал, ширина которого при определенных условиях может быть значительно меньше естественной ширины линии, определяемой временем жизни верхнего состояния. Последнее обстоятельство указывает на целесообразность использования КПН и в радиодиапазоне, в частности, в парощелочных квантовых дискриминаторах, работающих па частоте магнитодипольных переходов между магнитными подуровнями сверхтонкой структуры.

Как показано в этой главе, может быть реализована ситуация, когда влияние светового сдвига частоты на сигнал радиооптического резонанса полностью отсутствует вне зависимости от амплитуды приложенных полей и констант оптической и тепловой релаксации.

Задача решалась аналитически в формализме матрицы плотности и приближении оптически тонкого слоя применительно к четырехуровневой модели атома рубидия-87, у которого три нижних магнитных подуровня принадлежат полному моменту с Р=1 основного состояния, а четвертый верхний является эквивалентом пяти магнитных подуровней с Р = 2. При этом предполагалось, что действие света накачки приводит к перезаселению трех нижних магнитных подуровней за счет верхнего четвертого и увеличению энергетического зазора между состояниями сверхтонкой структуры по линейному закону с ростом интенсивности света. В практике радиооптического резонанса подобная ситуация имеет место, например, для вышеназванного случая сверхтонкой оптической накачки атомов рубидия-87 светом от спектральной лампы с изотопом рубидий-85.

Исследуемая модель рассматривалась с учетом присутствия, помимо двух вышеупомянутых СВЧ-полей, еще одного низкочастотного радиополя, связывающего близко расположенные уровни, что отличается от описанных в литературе четырехуровневых моделей с одним «холостым» уровнем, являющимся резервуаром оттока атомов в цикле оптической накачки.

Модель атомов щелочного металла описывается системой дифференциальных уравнений для матрицы плотности при различных возможных комбинациях радиочастотных полей, индуцирующих магнитодипольные переходы между магнитными подуровнями основного состояния.

В общем виде уравнения для матрицы плотности можно записать следующим образом:

Оператор релаксации (Гр)тп = (Гт + Гп)ртп/2, где Г; = у - скорость тепловой релаксации для ¡=1,2,3 (состояния с Р=1); П = у + Г, где Г - скорость оптической релаксации \ = 4 (состояния с Р = 2).

Последнее выражение содержит систему из шестнадцати дифференциальных уравнений, четыре из которых описывают эволюцию населенпостей, а остальные двенадцать — для недиагональных элементов матрицы плотности — являются уравнениями движения когерентностей в рассматриваемой атомной модели.

В этой главе приводятся результаты решения системы уравнений для различных модификаций темного резонанса, причем как для сигналов постоянного тока фотодетектора, так и для сигналов широко используемой модуляционной методики регистрации. Кроме того, рассмотрено поведение сигнала при разбалансе амплитуд двух приложенных СВЧ-полей.

В заключение главы представлены основные выводы исследования: отсутствие влияния светового сдвига на сигнал темного резонанса на двухквантовом переходе вне зависимости от амплитуды приложенных радиополей и темпа оптической и тепловой релаксации; имеет место значительное отличие по сравнению с двухуровневой моделью оптимальных значений темпа накачки и амплитуды радиополей, при которых реализуется максимум дискриминирующей способности сигнала (в частности, этот максимум достигается в условиях одновременной модуляции постоянного магнитного поля и интенсивности света накачки, но с удвоенной, относительно первой, частотой, что принципиально не наблюдается в классической двухуровневой модели атома при магнитном резонансе).

Четвертая глава. Экспериментальная апробация аналитических исследовании, представленных в предыдущих главах, была выполнена па многофункциональной установке, на которой проводились измерения параметров сигнала радиооптического резонанса при одновременном использовании различных радиополей как на низкой частоте, так и в СВЧ диапазоне.

Работа установки осуществлялась в двух режимах: 1) широкополосное детектирование сигнала для оценки его величины и 2) регистрация сигнала в узкой полосе с помощью избирательного усилителя на частоте низкочастотной модуляции постоянного магнитного поля, в котором находилась рабочая ячейка,

или частоты рабочего перехода для точной регистрации резонансной частоты методом фазового детектирования.

С помощью экспериментального макета были измерены величины векторной и тензорной компонент светового сдвига для атомов С$пз и КЬ87 при 50 %-ном ослаблении интенсивности излучения накачки. При этом было показано, что погрешности, связанные с изменением формы неразрешенного контура линии поглощения при смене знака поляризации света накачки, необходимого для измерения векторной составляющей, в условиях проводимого эксперимента -несущественны, поскольку измерения проводились в условиях магнитного экранирования. Полученные экспериментальные данные согласуются с выводом аналитического исследования, описанного во второй главе.

Проведенные измерения позволяют сделать однозначный вывод о соизмеримости (по порядку величины) вклада векторной и тензорной компонент в интегральный световой сдвиг, что позволяет (управлением интенсивностью 0[ и Г>2 линий с помощью интерференционных фильтров) получить эффективную их компенсацию и таким образом улучшить прецизионные свойства квантовых дискриминаторов на оптически ориентированных щелочных парах.

Также описаны результаты измерений радиочастотного и оптического уширений зеемановского резонанса и резонанса на магнитонезависимом 0-0 переходе, необходимые для оценки поведения формы сигнала темного резонанса в зависимости от изменения температуры ячейки-фильтра, интенсивности света накачки и мощности приложенных СВЧ-полей.

В завершение приведено экспериментальное подтверждение основного вывода аналитического исследования об отсутствии светового сдвига радиооптического СВЧ-резонанса на многоквантовых переходах в условиях действия эффекта КПН.

В заключении приводятся основные результаты работы.

Основные результаты и выводы.

Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом: 1. Проведено аналитическое исследование зеемановских световых сдвигов частоты радиооптического резонанса в щелочных атомах на основе квантового формализма поляризационных моментов ориентации и выстраивания в

сверхтонкой структуре основного состояния. Вычислены компоненты светового сдвига частоты на магнитонезависимых и наиболее интенсивных магнитодипольных переходах в атомах Ш>87, ЯЬ85, К39, К'" и Сзш в условиях резонансной и изотопической оптических накачек. Проведен анализ поведения компонент светового сдвига при изменении давления буферного газа (аргона и гелия) в рабочей ячейке. Проведено сопоставление компонент светового сдвига частоты в оптически ориентированных парах щелочных металлов.

2. На основе формализма матрицы плотности и приближения оптически тонкого слоя проведен расчет четырехуровневой модели атома рубидия-87, у которого три нижних магнитных подуровня принадлежат полному моменту с Р - 1 основного состояния, а четвертый верхний является эквивалентом пяти магнитных подуровней с Р = 2. Рассматривалось поведение этой модели в условиях действия эффекта КПН при воздействии двух близко расположенных по частоте радиополей для различных модификаций темного резонанса. Отмечены: отсутствие влияния светового сдвига частоты на сигнал темного резонанса и совершенно иные оптимальные, с точки зрения крутизны дискриминаторной характеристики в области нулевой расстройки частоты, значения темпа накачки и амплитуд приложенных радиополей по сравнению с классической двухуровневой моделью.

3. Произведен монтаж опытной установки, включающий сборку и настройку оптического тракта и систем магнитных катушек, а также отладку СВЧ-части и волноводного тракта. С ее помощью отработана методика, и осуществлены измерения зеемановских компонент светового сдвига в парах ЯЬ87 и С5Ш; отработана методика, и осуществлено снятие ориентациоиной зависимости сигнала; в стандартной схеме оптической накачки с изотопической фильтрацией паров КЬ87 проведено исследование поведения светового сдвига частоты сигнала радиооптического резонанса на магнитонезависимом 0-0 переходе в зависимости от изменений интенсивности света накачки и температуры ячейки-фильтра; получен сигнал темного резонанса и подтвержден основной вывод аналитического исследования об отсутствии светового сдвига частоты в сигнале радиоонтического резонанса в условиях действия эффекта КПН.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Подвязный A.A., Сакаицев A.A., Семенов В.В. О зеемановском световом сдвиге частоты радиооптического резонанса в оптически ориентированных изотопах щелочных металлов. // Известия ВУЗов. Физика. - Томск, 2003. - Т. 46. - № 9. - с. 75-78.

2. Подвязный A.A., Семенов В.В., Ермак C.B. Многочастотный радиооптический резонанс в четырехуровневой модели атомов рубидия с оптической накачкой // Журнал Прикладной Спектроскопии, 2006 . - Т. 73. - № 3. - с. 326-329.

3. Ермак C.B., Подвязный A.A., Семенов В.В. Об индуцировании радиооптического темного резонанса в четырехуровневой модели щелочных атомов с оптической накачкой // Известия ВУЗов. Физика. - Томск, 2006. - Т. 49. -№8.

4. Подвязный A.A. Исследование нерезонансного светового сдвига частоты на сверхтонких переходах основного состояния щелочных атомов. // Материалы семинаров Политехнического симпозиума «Молодые ученые -промышленности Северо-Западного региона». - Санкт-Петербург, Издательство СПбГТУ, 2002. - с. 18.

5. Подвязный A.A., Семенов В.В., Ермак C.B. Создание и исследование квантового вариометра на радиооптическом резонансе для контроля флуктуаций геомагнитного поля. // Труды Зимней молодежной школы-конференции «МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ». - СПб, СПбГУ, 2004. - с. 136-138.

6. Подвязный A.A. Об индуцировании радиооптического темного резонанса в четырехуровневой модели щелочных атомов с оптической накачкой. // Материалы семинаров Политехнического симпозиума «Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона». - Санкт-Петербург, Издательство СПбГТУ, 2005. - с. 81-82.

Лицензия ЛР №020593 от 07.0S.97

Подписано в печать 20.10.2006. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 902Ь.

Отпечатано с готового ори га нал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:550-40-14

Тел./факс: 297-57-76

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Методы оптической накачки и оптической ориентации атомов щелочных металлов и их применения.

1.2. Явление светового сдвига частоты радиооптического резонанса в щелочных атомах.

1.3. Эффект когерентного пленения населенностей.

1.4. Постановка задачи.

2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕЕМАНОВСКИХ СВЕТОВЫХ СДВИГОВ В ОПТИЧЕСКИ ОРИЕНТИРОВАННЫХ АТОМАХ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ.

2.1. Результаты расчета компонент.

2.2. Исследование динамики поведения сдвига при изменении концентрации буферного газа.

2.3. Выводы.

3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВОЙ МОДЕЛИ СВЕРХТОНКОГО РАСЩЕПЛЕНИЯ АТОМОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ.

3.1. Расчет модели.

3.2. Обсуждение результатов расчета.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Метод радиооптического резонанса получил широкое распространение при разработке многих современных квантовых устройств - в первую очередь - образцовых мер частоты и квантовых магнитометров, благодаря целому ряду уникальных достоинств, к числу которых следует отнести высокую чувствительность и воспроизводимость в сочетании с простотой и надежностью в экспериментальной реализации. Основным рабочим веществом вышеупомянутых квантовых устройств вот уже несколько десятилетий являются атомы щелочных металлов - цезия-133, а также стабильные изотопы калия и рубидия - конкретный выбор из числа которых определяется областью использования того или иного устройства. Так, например, в квантовой магнитометрии предпочтение отдается изотопам калия, отличительная особенность которого проявляется в существенной неэквидистантности магнитных подуровней в геомагнитном поле. Это позволяет выделить сверхузкие линии магнитного резонанса и использовать их для точных измерений внешнего магнитного поля и его вариаций. В технике атомных стандартов частоты традиционно используются атомы цезия и рубидия.

Одной из основных проблем, возникающих при разработке как атомных стандартов частоты, так и квантовых парощелочных магнитометров с оптической накачкой, являются погрешности измерения рабочей частоты, вызванные так называемыми световыми сдвигами линии радиооптического резонанса. При использовании ординарных спектральных ламп в качестве источников накачки наибольший вклад в погрешности подобных устройств вносит действие нерезонансных компонент спектра накачки, вызывающее оптический Штарк-эффект в поле световой волны. Теория этого эффекта, развитая в фундаментальных работах В. Хэппера, показывает, что наблюдаемый в экспериментах с парами щелочных атомов световой сдвиг частоты радиооптического резонанса содержит в своем составе три компоненты - скалярную, векторную и тензорную, весовой вклад которых определяется типом магнитодипольного перехода в основном состоянии щелочного атома. Так, например, применительно к атомным стандартам частоты с оптической накачкой, скалярная компонента светового сдвига наблюдается на СВЧ магнитодипольных переходах между состояниями сверхтонкой структуры с разными значениями квантового числа F, характеризующего полный момент атома. Векторная и тензорная компоненты светового сдвига проявляются в квантовых парощелочных магнитометрах, работающих на частоте зеемановских переходов между соседними магнитными подуровнями основного состояния атомов в условиях действия циркулярно-поляризованного света накачки. При этом в зависимости от знака поляризации света векторная компонента может либо вычитаться, либо складываться с тензорной составляющей, знак которой не зависит от направления поляризации излучения накачки.

До настоящего времени в приложениях практиковалась рекомендация всемерного снижения темпа накачки, позволяющая предельно уменьшить суммарный световой сдвиг и связанное с ним возмущение резонансной частоты квантового дискриминатора. Однако при этом происходит существенное снижение его вариационной чувствительности, максимальное значение которой соответствует темпам накачки, сравнимым со скоростью темновой релаксации атомов рабочего вещества. Возможность взаимной компенсации компонент светового сдвига соответствующим выбором знака поляризации света позволяет рассчитывать на разумный компромисс, сочетающий минимальную погрешность измерений с достаточно высокой дискриминирующей способностью устройства. Это может быть достигнуто в случае соизмеримых величин тензорной и векторной компонент, раздельное определение которых применительно к зеемановскому резонансу в оптически ориентированных атомах до сих пор не проводилось.

Настоящая диссертационная работа в известной степени восполняет этот пробел не только для случая низкочастотного зеемановского резонанса в оптически ориентированных парах щелочных атомов, но и в варианте СВЧ резонанса на магнитодипольных переходах между состояниями сверхтонкой структуры в условиях действия эффекта когерентного пленения населенностей (КПН). Само это явление, детально изученное в отечественной и зарубежной литературе, в последнее десятилетие вызывает пристальный интерес специалистов из-за многообещающих метрологических возможностей в квантовой магнитометрии и технике атомных часов. В частности, наблюдаемый при КПН сигнал флуоресценции, реализуемый с помощью двухчастотной лазерной накачки, может быть использован при создании сверхминиатюрных квантовых стандартов частоты с достаточно высокими метрологическими параметрами. Разработка СТС магнитометров на эффекте КПН в радиодиапазоне обладает малым уровнем систематических погрешностей и отличается от аналогов простотой исполнения и снижением требований к кратковременной стабильности частоты опорного генератора.

Целью настоящей диссертационной работы является аналитическая и экспериментальная оценка векторной и тензорной компонент светового сдвига частоты радиооптического резонанса, а также выявление роли подобных сдвигов в формировании линии поглощения, наблюдаемой в парах щелочных металлов на СВЧ магнитодипольных переходах в условиях действия эффекта КПН.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

1. Применительно к оптически ориентированным парам цезия и рубидия впервые показана возможность взаимной компенсации тензорной и векторной компонент светового сдвига частоты радиооптического резонанса при различных режимах оптической накачки излучением лампового спектрального источника. Использование результатов исследований в приложениях позволяет существенно снизить дестабилизирующее действие света накачки на положение спектральной линии квантового устройства без потери его вариационной чувствительности.

В условиях действия эффекта КПН при сверхтонкой оптической накачке щелочных паров получены новые значения оптимального темпа оптической релаксации, при котором достигается максимум крутизны дискриминаторной характеристики наблюдаемого сигнала поглощения. Впервые экспериментально и теоретически продемонстрировано отсутствие светового сдвига частоты резонансного сигнала на многоквантовых переходах. Полученные результаты могут быть использованы при разработке СТС магнитометров без систематических погрешностей.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. В четырехуровневой модели атомов щелочных металлов с ядерным спином о

2, для которой три нижних магнитных подуровня (i= 1, 2, 3) принадлежат полному моменту F = 1 основного состояния, а четвертый верхний (i = 4) является эквивалентом пяти магнитных подуровней с F = 2, в сигнале радиочастотного КПН-резонанса, индуцируемого в условиях сверхтонкой оптической накачки светом спектральной лампы двумя СВЧ радиополями с равными интенсивностями на переходах i=l<->-i = 4Hi = 3<->-i = 4, а) отсутствует световой сдвиг резонансной частоты двухквантового перехода вне зависимости от амплитуды приложенных радиополей и темпа оптической и тепловой релаксации; б) при фазовом детектировании сигнала в условиях периодического сканирования резонансных условий имеет место существенное отличие по сравнению с двухуровневой моделью оптимальных значений темпа накачки и амплитуды радиополей, при которых реализуется максимум дискриминирующей способности сигнала. В частности этот максимум достигается в условиях одновременной модуляции постоянного магнитного поля и интенсивности света накачки, но с удвоенной, относительно первой, частотой, что принципиально не наблюдается в классической двухуровневой модели атома при магнитном резонансе. 2. В оптически ориентированных парах щелочных металлов (стабильных изотопах цезия, рубидия и калия) при оптической накачке Dj и D2 линиями головного дублета от лампового источника для наиболее интенсивного магнитодипольного перехода в основном состоянии с наибольшим значением квантового числа F (характеризующего полный момент атома) векторная и тензорная компоненты светового сдвига частоты радиооптического резонанса проявляют себя следующим образом: а) при равных интегральных интенсивностях света накачки в изотопах калия в сравнении с атомами рубидия и цезия наблюдается значительный перевес векторной компоненты над тензорной для линии накачки D2, в случае же оптической накачки атомов рубидия и цезия линией D2 обе компоненты соизмеримы по величине; б) выбором знака поляризации излучения спектрального источника можно существенно (более чем на порядок) уменьшить абсолютную величину интегрального светового сдвига за счет взаимной компенсации векторной и тензорной компонент, причем максимум этой взаимной компенсации достигается в случае оптической накачки линией D].

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Материалы диссертации доложены на следующих конференциях:

1. Политехнический симпозиум «Молодые ученые - промышленности северозападного региона»: конференции «Технические науки - промышленности региона» и «Инновационный менеджмент наукоемких разработок», СПбГПУ, г. Санкт-Петербург, февраль, 2002г.

2. Зимняя молодежная школа-конференция «МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ», СПбГУ, г. Санкт-Петербург, декабрь, 2004г.

3. Политехнический симпозиум «Молодые ученые - промышленности северозападного региона», СПбГПУ, г. Санкт-Петербург, февраль, 2005г.

ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. А. А. Подвязный, А. А. Саканцев, В. В. Семенов О зеемановском световом сдвиге частоты радиооптического резонанса в оптически ориентированных изотопах щелочных металлов. // Известия ВУЗов. Физика. - Томск, 2003. - Т. 46,-№9.-с. 75-78.

2. А. А. Подвязный, В. В. Семенов, С. В. Ермак Многочастотный радиооптический резонанс в четырехуровневой модели атомов рубидия с оптической накачкой // Журнал Прикладной Спектроскопии, 2006 . - Т. 73. - №

3.-с. 326-329.

3. С. В. Ермак, А. А. Подвязный, В. В. Семенов Об индуцировании радиооптического темного резонанса в четырехуровневой модели щелочных атомов с оптической накачкой // Известия ВУЗов. Физика. - Томск, 2006. - Т. 49,-№8.

4. Подвязный А. А. Исследование нерезонансного светового сдвига частоты на сверхтонких переходах основного состояния щелочных атомов. //

Материалы семинаров Политехнического симпозиума «Молодые ученые -промышленности северо-западного региона». - Санкт-Петербург, Издательство СПбГТУ, 2002.-с. 18.

5. А. А. Подвязный, В. В. Семенов, С. В. Ермак Создание и исследование квантового вариометра на радиооптическом резонансе для контроля флуктуаций геомагнитного поля. // Труды Зимней молодежной школы-конференции «МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ». - СПб, СПбГУ, 2004.-с. 136-138.

6. Подвязный А.А. Об индуцировании радиооптического темного резонанса в четырехуровневой модели щелочных атомов с оптической накачкой. // Материалы семинаров Политехнического симпозиума «Молодые ученые -промышленности северо-западного региона». - Санкт-Петербург, Издательство СПбГТУ, 2005.-с. 81-82.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Объем диссертации составляет 153 страницы машинописного текста, в том числе 8 таблиц и 35 рисунков. Список литературы содержит 122 наименования.

Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

1. Проведено аналитическое исследование зеемановских световых сдвигов частоты радиооптического резонанса в щелочных атомах на основе квантового формализма поляризационных моментов ориентации и выстраивания в сверхтонкой структуре основного состояния. Вычислены компоненты светового сдвига частоты на магнитонезависимых и наиболее интенсивных магнитодипольных переходах в атомах Rb87, Rb85, К39, К41 и Cs133 в условиях резонансной и изотопической оптических накачек. Проведен анализ поведения компонент светового сдвига при изменении давления буферного газа (аргона и гелия) в рабочей ячейке. Проведено сопоставление компонент светового сдвига частоты в оптически ориентированных парах щелочных металлов.

2. На основе формализма матрицы плотности и приближения оптически тонкого слоя проведен расчет четырехуровневой модели атома рубидия-87, у которого три нижних магнитных подуровня принадлежат полному моменту с F = 1 основного состояния, а четвертый верхний является эквивалентом пяти магнитных подуровней с F = 2. Рассматривалось поведение этой модели в условиях действия эффекта КПН при воздействии двух близкорасположенных по частоте радиополей для различных модификаций темного резонанса. Отмечены: отсутствие влияния светового сдвига частоты на сигнал темного резонанса и совершенно иные оптимальные, с точки зрения крутизны дискриминаторной характеристики в области нулевой расстройки частоты, значения темпа накачки и амплитуд приложенных радиополей по сравнению с классической двухуровневой моделью.

-873. Произведен монтаж опытной установки, включающий сборку и настройку оптического тракта и систем магнитных катушек, а также отладку СВЧ-части и волноводного тракта. С ее помощью отработана методика, и осуществлены

87 133 измерения зеемановских компонент светового сдвига в парах Rb и Cs ; отработана методика, и осуществлено снятие ориентационной зависимости сигнала; в стандартной схеме оптической накачки с изотопической on фильтрацией паров Rb проведено исследование поведения светового сдвига частоты сигнала радиооптического резонанса на магнитонезависимом 0-0 переходе с изменениями интенсивности света накачки и температуры ячейки-фильтра; получен сигнал темного резонанса и подтвержден основной вывод аналитического исследования об отсутствии светового сдвига частоты в сигнале радиооптического резонанса в условиях действия эффекта КПН.

Работа по данной теме поддержана грантом Правительства Санкт-Петербурга для студентов, аспирантов и молодых специалистов (АСП №302461).

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору Семенову Владимиру Васильевичу и заведующему лабораторией, кандидату физико-математических наук, доценту Ермаку Сергею Викторовичу за неоценимое внимание к исследованиям по теме работы, высокопрофессиональные консультации и практические рекомендации по проведению экспериментальных изысканий.

Автор благодарит [Житникова Р.А.|, Смирнову Г.М. за проявленный интерес к проведенной работе и ценные замечания.

Автор глубоко признателен сотрудникам компании ЗАО «НТЦ «Юпитер-Z», в частности Федорову Н.А., Рутковскому С.В., Котельникову Е.Ю., Калинцеву А.Г. и Ноздрачову В.Д. за оказанную дополнительную техническую и материальную поддержку.

В заключение автор выражает благодарность коллективу кафедры квантовой электроники и прежде всего Дудкину В.И., Петрунькину В.Ю. и Пахомову JI.H., помощь и поддержка которых позволила реализовать итоги деятельности диссертанта в представленной работе.

-86-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Brossel J., Salagan P., Bitter F. The Optical Detection of Radio Frequency Resonance // Phys. Rev. 1950, v. 79. N1, p. 225-226.

2. Brossel J., Kastler A., Winter J. Creation optique of d'une inegalite de population entre les sous-niveau zeeman de l'etat fundamental des atomes // Journal de phys. et le Radium. 1952, v. 13, p. 668.

3. Kastler A. Optical Methods of Atomic Orientation and of Magnetic Resonance // Jornal of the Optical Soc. of America. 1957, v. 47, N6, p. 460465.

4. Дудкин В.И., Пахомов JI.H. Основы квантовой электроники. СПб: Издательство СПбГТУ, 1999. 306 с.

5. Скроцкий Г.В., Изюмова Т.Г. Оптическая ориентация атомов // УФН, 1961, т. 73, вып. 3, с. 423-470.

6. Карвер Т. Оптическая накачка // УФН. 1964, т. 84, с. 325-342.

7. Новиков Л.Н., Показаньев В.Г., Скроцкий Г.В. Когерентные явления в системах, взаимодействующих с резонансным излучением // УФН. 1970, т. 101, с. 273-302.

8. Kastler A. Optical Pumping // Science. 1967, v. 158, p. 214

9. Franz F.A. Exited-state mixing in the optical pumping of alkali metal vapors // Phys. Rev. 1966, v. 148, p. 82-89

10. Happer W. Optical Pumping // Review of Modern Phys. 1972, v. 44, N2, p. 170-249

11. Balling L.C. Optical Pumping // Advances in quantum electronics. 1975, v. 3, N12, p. 170-249-9013. Series G. W. Thirty years of optical pumping // Cont. Phys. 1981, v. 22, N5, p. 487-509.

12. Cohen-Tannoudji C. Quantum theory of optical pumping Advances in quantum electronics, NY: Columbia University Press, 1961, 259 p.

13. Александров Е.Б. Атомно-резонансные магнитометры с оптической накачкой. Обзор // Труды метрологических институтов СССР. -Исследования в области магнитных измерений. 1978, вып. 215/275, с. 310.

14. Померанцев Н.М. Рыжков В.М., Скроцкий Г.В. Физические основы квантовой магнитометрии. М.: Наука, 1972, 448 с.

15. Александров Е.Б. Особенности магнитометров с модулированной оптической накачкой // Геофизическая аппаратура. JL: Недра, 1981, №73 с. 36-45.

16. Александров Е.Б., Балабас М.В., Бонч-Бруевич В.А., Перспективы дальнейшего повышения чувствительности и точности квантовых магнитометров // Тезисы докладов 1 Всесоюзного семинара «Квантовые магнитометры». JL: 1988, с. 3-4

17. Житников Р.А. Щелочно-гелиевые магнитометры // Тезисы докладов 1 Всесоюзного семинара «Квантовые магнитометры». Л.: 1988, с. 9-10

18. Александров Е.Б. Место современных магнитометров с оптической накачкой в ряду средств измерений параметров магнитного поля // Метрология. 1989, №10, с. 21-28.

19. Григорьянц В.В., Жоботинский М.Е., Золин В.Ф. Квантовые стандарты частоты. -М.: Наука, 1967, 287 с.

20. Пихтелев А.И., Ульянов А.А., Фатеев Б.П. и др. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов. М.: Сов. Радио, 1978, 304 с.

21. Алексеев Э.И., Базаров Е.Н., Герасимов Г.А., Губин В.П. Квантовые стандарты частоты // Обзор работ ИРЭ АН СССР. предпринт №5, 261, 1979, 79 с.

22. Hellwig Н. Microwave time and frequency standards // Radio Science 1979. -v. 14, N4, p. 561-572

23. Hanuis G. Principes d'utilisation de la resonance nuclear en gyrascopie -resultes sur la gyrj metre a indication nuclear // Recherche Aerospaciale. -1965.-v. 104, p. 49-56

24. Померанцев H.M., Скроцкий Г.В. Физические основы квантовой гироскопии // УФН. 1970, т. 100, вып. 3, с. 361-393

25. Кудрявцев В.Б., Лысенко А.П., Тищенко Н.М. Прецизионные преобразователи электрических сигналов и угловых перемещений на принципах квантовой магнитометрии. М.: Энергия, 1971, 120 с.

26. Кудрявцев В.Б., Лысенко А.П., Милохин Н.Г., Тищенко Н.М. Прецизионные частотные преобразователи автоматизированных систем контроля и управления. М.: Энергия,1974, 336 с.

27. Пестов Е.Н., Мокренко П.В. Квантовый преобразователь постоянного тока в частотный сигнал // Тезисы докладов ВСООАМ-1. Л. 1986, стр. 38-39.

28. Мокренко П.В., Павлюк Э.И., Пестов Е.Н. Квантовые преобразователи постоянного тока в частоту с импульсным возбуждением // Тезисы докладов ВСООАМ-1. Л. 1986, стр. 40-41.

29. Siahatgor S., Hochuli V.E. Display of 8521 A Line of Cesium Utilise a swept GaAs Laser // J. Quantum Electron. 1969, v. 5, p.295-298.

30. Arditi M., Pique J.L. Precision measurements of light shifts induced by a narrow band GaAs laser in 0-0 Cs hyperfme transition // J. Phys. B. Atom. Phys. 1975, v. 88, p. 331-335

31. Arditi M., Pique J.L. Light-shifts precision measurements of 0-0 transition in1 ooa Cs gas cell // Atomic and fundamental constant. 1976, v. 5, p.369-402

32. Pique J.L. Hyperfme optical pumped of cesium CW GaAs laser // IEEE. -1977, v.QE 10-12, p. 892-897

33. Быковский Ю.А., Величанский B.JI., Егоров B.K., Зибров А.С., Иришинский A.JL, Маковкин А.В., Маслов В.А. Оптическая накачка паров Cs133 излучением инжекционного лазера // Письма в ЖЭТФ. -1973, т. 17, с. 302-305.

34. Корниенко Л.С., Коткин А.Л., Майоршин В.В., Малахова В.И., Умарходжаев P.M., Якубович С.Д. О детектировании сигнала магнитного резонанса с помощью линейно-поляризованного монохроматического излучения // Тезисы докладов ВСООАМ-1. Л. -1986, с. 148-149.

35. Корниенко Л.С., Коткин А.Л., Майоршин В.В., Умарходжаев P.M. О циркуляции когерентности в атомах со сверхтонкой структурой основного состояния // Тезисы докладов ВСООАМ-1. Л. 1986, с. 86.

36. Акулыпин. A.M., Величанский В.Л., Зибров А.С., Малахова В.И., Солодков А.Ф., Якубович С.Д. Увеличение эффективности оптическойориентации атомов при частотно-импульсной модуляции излучения лазера // Тезисы докладов ВСООАМ-1. Л. 1986, с. 206-207.

37. Александров Е.Б. О перспективах применения лазеров в приборах с оптической накачкой атомов // Тезисы докладов ВСООАМ-2. JI. 1989, с. 14.

38. Коткин A.JL, Малахова В.И., Петрова С.Д., Рачков И.А., Умарходжаев P.M. Об одной возможности увеличения отношения сигнала к шуму при детектировании сигналов магнитного резонанса // Тезисы докладов ВСООАМ-2. Л.- 1989, с. 17.

39. Будкин Л.А., Зверев М.В., Ляляскин А.А., Пененков М.Н., Пихтелев

40. A.И. Проблемы создания КСЧ с когерентной оптической накачкой // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума «Квантовые стандарты частоты радио и оптического диапазонов». М., 1987, с. 15-16.

41. Будкин Л.А., Гуцаки В.Н., Ляляскин А.А., Пихтелев А.И., Семенов В.В. Использование в квантовых стандартах частоты двойного НЧ-СВЧ резонансов в атомах щелочных металлов с лазерной накачкой // Техника ср-в связи РИТ. 1986, №2, с. 68-70

42. Будкин Л.А., Гуцаки В.Н., Дудкин В.И., Ляляскин А.А., Петрунькин

43. B.Ю., Пихтелев А.И., Семенов В.В. Двойной резонанс в щелочной средес лазерной оптической накачкой // Радиотехника и электроника. 1987, т. 32, №2, с. 431-432.

44. Акулынин A.M., Величанский В.Л., Зибров А.С., Каргапольцев B.C., Саутенков В.А. Поляризационные внутридопплеровские резонансы на Д2 линии цезия, обусловленные выстраиванием // Тезисы докладов ВСООАМ-2. Л. 1989, с. 20-21.

45. Горный М.Б., Матисов Б.Г. Явление когерентного пленения населенностей: новые аспекты // Тезисы докладов ВСООАМ-2. Л. -1989, с. 150-151.

46. Будкин Л.А., Ляляскин А.А., Пененков М.Н., Пихтелев А.И. Определение времени релаксации ориентации паров щелочных металлов в буферной среде // Тезисы докладов ВСООАМ-1. Л. 1986, с. 107-108.

47. Матисов Б.Г. Применение механизма демаксвеллизации в квантовых стандартах частоты // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума «Квантовые стандарты частоты радио и оптического диапазонов». М., 1987, с. 24-25.

48. Беседина A.M., Жолнеров B.C. Оптимизация схем лазерной накачки для рубидиевого атомно лучевого дискриминатора // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума «Квантовые стандарты частоты радио и оптического диапазонов». М., 1987, с. 26-27.

49. Бондарцев Ю.С., Бронвальд А.Ю. Открытый СВЧ резонатор для атомно лучевого дискриминатора с лазерной накачкой // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума «Квантовые стандарты частоты радио и оптического диапазонов». М., 1987, с. 27-28.

50. Будкин JI.A., Гогин В.Г., Муратов Д.А. Возможность создания квантового дискриминатора на замедленном атомном пучке // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума «Проблемы радиоизмерительной техники». М, 1989, с. 29-30.

51. Акулыпин A.M., Величанский B.JL, Гамидов Р.Г., Зибров А.С., Родригес Б.И., Саутенков В.А. Применение инжекционных лазеров для оптической ориентации и охлаждения атомов цезия и рубидия // Тезисы докладов ВСООАМ-2. Л. 1989, с. 18-19.

52. Happer W., Nang H. Spin-Exchange Shift and Narrowing of Magnetic Resonance Lines in optically puped Alkali Vapors // Phys. Rev. Lett. 1973, v. 31, N5, p. 273-276.

53. Happer W., Tam A.C. Effect of rapid spin exchange on magnetic resonance spectrum of alkali vapors // Phys. Rev. 1977, v. A16, p. 1877-1891

54. Alzetta G., Gozzini A., Moi L., Oriols G. An Experimental method for the Observation of R.F. Transition and Laser Beat Resonance in Oriented Na Vapour // Nuavo Cimento. 1976, v. 39, N11, p. 5-20.

55. Alzetta G., Moi L. Nonabsorbtion Hyperfine Resonance in a Sodium Vapour Irradiated by a Multimode Dye-Laser // Nuavo Cimento. 1979, v. 528, N11, p. 209-218.

56. Tam A.C., Happer W. Optically pumped cell for novel visible decay of inhomogeneous magnetic field or fr. f. frequency spectrum // Appl. Phys. Letters. 1977, v. 30, N11, p. 580-582.

57. Tam A.C., Happer W. Optical pumping of dues Na + He + N2 system. Application as an r.f. spectrum and laser // J. Appl. Phys. 1979, v. 50, N3, p. 1173-1178.

58. Арзуманов B.H., Дудкин В.И., Петрунькин В.Ю., Семенов В.В. Фильтр сжатия с оптической накачкой // Радиотехника и электроника. 1980, т. 25, №2, с. 432-434.

59. Арзуманов В.Н., Боцвинов А.Н., Гуцаки В.Н., Дудкин В.И., Семенов В.В. Программатор для экспериментов со спиновым эхо // Деп. ст. №77317 ЭР ВИМИ. 1984, №10.

60. Гуцаки В.Н., Дудкин В.И., Петрунькин В.Ю., Семенов В.В. Фильтр сжатия на оптически ориентированных атомах паров цезия с малой диффузией // Радиотехника и электроника. 1983, т. 28, №4, с. 805-806.

61. Блинов Е.В., Житников Р.А., Кулешов П.П. Самогенерирующий щелочно-гелиевый магнитометр // ЖТФ. 1982, т. 52, с. 904.

62. Александров Е.Б., Балабас М.В., Бонч-Бруевич В.А., Комиссаров И.Б., Провоторов С.В., Фадеев И.Ф. Прецизионный квантовый магнитометр для геофизических исследований // Тезисы докладов 1 Всесоюзного семинара «Квантовые магнитометры». Л. 1988, с. 7-8.

63. Балабас М.В., Бонч-Бруевич В.А., Провоторов С.В. Прецизионный стабилизатор магнитной индукции // Сборник научных трудов НПО ВНИИМ «Создание средств измерений для метрологического обеспечения прецизионных нанотесламетров». Л., 1988, с.40-45.

64. Александров Е.Б., Балабас М.В., Вершовский А.К., Иванов А.Э., Якобсон Н.Н., Величанский В.Л., Синков Н.В. Лазерная накачка в схеме MX магнитометра// Оптика и спектроскопия. 1995, т. 78, №2, с. 325332.

65. Житников Р.А., Кравцов И.А. Спиновый генератор с оптическойоориентацией ядер Не в двухкамерной ячейке // ЖТФ. 1977, т. 47, вып. 3, с. 641-645.

66. Житников Р.А., Кравцов И.А., Семенов В.В. Самогенерирующий квантовый магнитометр // Авторское свидетельство №591067. -БИ №4. 1977.

67. Бородин П.М., Мельников А.В., Морозов А.А., Чернышев Ю.С. Ядерный магнитный резонанс в земном поле. Л.: Наука, 1967.

68. Cohen-Tannoudji С., Dupot-Roc J., Haroche S., Laloe F. Diverces Resonances en champ null. Applications a la measire de champ faibles // Rev. de Phys. Appl. 1970, v. 5, p. 102-108.

69. Александров Е.Б., Балабас M.B., Бонч-Бруевич B.A. Магнитометр с оптической накачкой конкурент СКВИДУ // Письма ЖТФ. - 1987, т. 13, вып. 12, с. 749-752.

70. Александров Е.Б., Балабас М.В., Бонч-Бруевич В.А. Квантовый магнитометр на неуширяемом светом радиооптическом резонансе // Письма ЖТФ. 1987, т. 13, вып. 24, с. 1501-1504.

71. Александров Е.Б., Балабас М.В., Бонч-Бруевич В.А. Фарадеевская регистрация оптической ориентации атомов рубидия как способ повышения чувствительности и точности квантового магнитометра // Тезисы докладов ВСООАМ-2. Л., 1989, с. 30-31.

72. Наумов А.П., Хасиев И.С. Исследование в МПЗ макета рубидиевого магнитометра на расщепленной линии с фарадеевской регистрацией сигнала // Тезисы докладов ВСООАМ-2. Л., 1989, с. 32-33.

73. Александров Е.Б. Ревизия подхода к оптимизации режима оптической накачки квантового дискриминатора частоты // Сборник научных трудов «Оптическая ориентация атомов и молекул». Л., 1987, с. 7-11.

74. Румянцев И.Г., Хуторщиков В.И. Радиооптический резонанс в малогабаритных ячейках // Оптическая ориентация атомов и молекул, Сборник научных трудов, вып. 2, Л., 1990, с. 48-53

75. Семенов В.В. Многофотонный резонанс в парах щелочных металлов с оптической накачкой // ЖПС. 1988, т. 48, №5, с. 788-793.

76. Семенов В.В. Оптимизация сигнала магнитного резонанса в условиях неразрешенного радиочастотного спектра щелочных атомов // ЖПС, т. 64, №1, с. 71-75.

77. Generalov М.Е., Kazantsev S.A., Khutorchikov V.I. Radiation fluctuations of spectral light sources // 29th EGAS (European Group for Atomic Spectroscopy) Conference, Berlin, 1997, p. 453-454.

78. HapperW.,MathurB.S.//Phis. Rev.- 1967, v. 163, N1, p. 12-35.

79. Mathur B.S., Tang H., Happer W. // Phis. Rev. 1968, v. 171, N1, p. 11-19

80. Семенов В.В. Световые сдвиги частоты многофотонного радиооптического СВЧ резонанса в щелочных атомах // ЖПС. 1998, т. 65, №6, с. 832-838.

81. Летохов B.C., Чеботаев В.П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. 1975, М.: Наука.

82. Раутиан С.Г., Смирнов Г.И., Шалагин A.M. Нелинейные резонансы в спектрах атомов и молекул. 1979, Новосибирск: Наука.

83. Попов А.К. Введение в нелинейную спектроскопию. 1983, Новосибирск: Наука.

84. Демтредер В. Лазерная спектроскопия. 1985, М.: Наука.

85. Стенхольм С. Основы лазерной спектроскопии. 1987, М.: Мир.

86. Шен И.Р. Принципы нелинейной оптики. 1989, М.: Наука.

87. Матисов Б.Г., Григоренко И.А., Леинфелльнер Н., Мазец И.Е., Снегирев А.Ю. Кооперативная динамика населенностей ансамбля А-атомов в бихроматическом поле // ЖТФ. 1998, т. 68, №6, с. 19-24.

88. Каргапольцев С.В., Тайченайчев А.В., Юдин В.И., Хольберг Л., Величанский В.Л.: Контраст лямбда резонанса в атомных КПН-часах. // Тезисы докладов 3 Общероссийского семинара по диодной лазерной спектроскопии (ДЛС). 2005.

89. Ахмеджанов Р.А., Зеленский И.В. Нелинейное резонансное вращение плоскости поляризации в условиях когерентного пленения населенностей. // Письма в ЖЭТФ. 2002, т. 76, вып. 7-8, с. 493-496.

90. Вершовский А.К., Пазгалев А.С., Александров Е.Б. Проект А-СТС магнитометра. //ЖТФ. 2000, т. 70, вып. 1, с. 88-93.

91. S.Chen, M.Takeo Broadenning and Shift of Spectral Lines Due to the Presence of Foreign Gases// Review of Modern Phys. V.29, №1,1957, стр.20-73.

92. С. А.Казанцев, Н.И.Калитиевский, О.М.Риш Применение техники магнитного сканирования для измерения уширения и сдвиговрезонансной D1 линии рубидия инертными газами// Оптика и спектроскопия, 1978.- т.44, вып. 4 , стр.638-643.

93. Александров Е.Б., Пазгалев А.С. Сравнение разрешающей способности двух типов квантовых дискриминаторов частоты, основанных на схеме двойного резонанса // ЖТФ, 2003, Т.73, вып. 3, стр. 75-79;

94. Александров Е.Б., Мамырин А.Б. Якобсон Н.Н. Предельная чувствительность СТС магнитометра//ЖТФ, 1981, Т.51, вып. 3, стр. 607-612;

95. Friend B.D., Conte S.D. The Plasma Dispersion Function, Academic Press, New-York and London, 1961, p.419

96. Александров Е.Б., Хвостенко Г.И., Чайка М.П. Интерференция атомных состояний. М.: Наука, 1991, 256 с.

97. И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев, Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов, М.: 1962, Государственное издательство физико-математической литературы

98. Гольдман С., Гармонический анализ, модуляция и шумы, пер. с англ., М„ 1951

99. Жаботинский М. Е., Свердлов Ю. Л., Основы теории и техники умножения частоты, М., 1964