Введение к работе
Актуальность теми.
Изучение воздействия света на механичеокое движение атомов (1,2) является одним из бурно развивающихся направлений современной фізики. Хотя отдельные основные положения теории светового давления на атомы Оыли сделаны еще в начале века такими учеными, как П.Н.Лебедев (3) и A.Einstein (4], ее дальнейшее развитие сдерживалось отсутствием экспериментальной базы, объяснявшееся отсутствием источников света о высокой спектральной яркостью. Исключением являетоя работа П.Н.Лебедева (3), в которой было дано первое экспериментальное доказательство существования светового давления на газ. Позднее, в 1933 г- o.R.Frisch использовал резонансное излучение натриевой лампы для отклонения пучка атомов натрия (5).
Детальное экспериментальное исследование данного круга явления стало возможным о появлением в 70-х годах непрерывных, первотраиваемих в широком спектральном диапазоне лазеров на красителях.
Высокий интерео к явлениям механического воздействия света на атомы объясняется их важностью для более глубокого понимашя процессов взаимодействия света о веществом и большим числом их научных и прикладных применений.
Лазерное излучение является в настоящее время наиболее эффективным средством глубокого охлаждения нейтральных атомов 11,6). Предельные температуры, получаемые при лазерном охлаждении, лежат в диапазоне нК, который являетоя недоступным для других известных методов.
Другим интересным применением сил светового давления является создание световых ловушек для нейтральных атомов (1,6). Время удержания атомов в таких ловушках в настоящее время ограничено лишь периодом их столкновений о молекулами остаточного газа и составляет несколько минут. Накопление к удержание, холодных атомов в оптических ловушках представляет несомненный интерес для лазерной спектроскопии, т.к. позволяет существенно уменьшать времяггролетное и доплеропскоо уширение спектральных линий захваченных атомов. Важным приложением данного направления является создание на основе световых ловушек новых сворхточных стандартов чаототы. Получение в оптических ловушках сильно охлажденного ансамбля атомов позволяет изучать физические особенности столкновения холодных атомов, наблюдать их квантовое движения в ловушке, получать упорядоченные атомные структуры.
Специальные конфигурации лазерных световых полой позволяют эффективно управлять распространением атомных пучков: коллимировать и фокусировать их, а также сжимать в поперечном направлении до размеров порядка десяти микрометров 11].
Следует особо отметить важность изучения механического взаимодействия лазерного излучения о атомами для понимания формы спектральных линий [2).
Цель работы.
Диссертационная работа посвящена изучению вынужденных сил оветового давления, действующих на нейтральные атомы в сильных лазерных полях.
Для решения поставленной задачи предполагалось :
1. Исследовать каяалированив атомов натрия в монохроматической
сферической стоячей овбтовой волке под действием градиентной силы
светового давления.
г. Последовать эффект выпрямления градиентной силы в
бихроматическоя стоячей световой волне.
з. Наблюсти и исследовать новую магнито-оптическую силу,
основанную на вынужденном пвреизлучешш атомом фотонов между
встречными световыми волнами с различными направлениями их
поляризации в присутствии статического магнитного поля.
Научная новизна,
1. Наблюдено каналирование атомов вдоль искривленного волнового
фронта интенсивной сферической стоячей световой волны. На основе
сравнения результатов этого эксперимента о результатами его
численного моделирования показано, что градиентная оила,
действующая на атомы в сильной квазирезонаноной отоячей волне,
приводит к локализации атомов в облаотях с размерами много
меньшими длины световой волны.
2. Экспериментально измерена величина градиентной силы,
действующей на атомы в поле сильной квазирезонансной стоячей
световой волны'.
3. Наблюдено отклонение пучка атомов натрия сильной
квазирезонансной Оихроматической отоячей световой волной.
Показано, что вынужденная радиационная сила в этом случае
("выпрямленная градиентная сила") может существенно превышать
максимальную величину спонтанной силы светового давления, а ее
усредненное по длине световой волны значение обладает
макроскопическим пространственным периодом.
-
Открыта магнито-оптическая оила, оонованная на вынужденны; процессах переизлучения атомом фотонов между встречными световым волнами с различными направлениями их поляризации в присутотви статического магнитного поля.
-
Экспериментально исследовано отклонение пучка атомов натри; вынужденной магнито-оптической силой.
-
Для атомов Оария наблюдено и изморено сильное переизлучениі фотонов между встречными световым! волнами с раэличнш направлением их поляризации, которое обуславливает возникновешн вынужденной магнито-оптической оилы. Из этих данных была получеш средняя величина магкито-оптической силы, в 12 раз превышающа) макс»гмалъную величину спонтанной силы светового давления.
Практическая ценность.
Проведенные нами исследования показали, что вынужденные силі светового давления являются эффективным средством управлеюи движением нейтральных атомов. Большая величина этих сил делаег и: привлекательными для многочисленных применении. Прішедем ЛИЛ! некоторые примеры.
Эффект локализации атомов в градиентном потенциала может бьіті использован для создания атоьвшх структур,-играющих^суомикрошше размеры.
Выпрямленная градиентная сила, действующая на атомы і бихроматичаокой стоячей волна, может быть использована дл( сверхбыстрого охлаздения атоикых пучков.
Другим применением данной силы мокет быть созданш
сверхглубоких световых ловушек для нейтральных атомов.
Вынужденная м<1гшто-опгичес*ая оила ьюжвт бить исгюльяоиана для поперечного сжатии атомних пучков и ооэдадая новых ыагкито-оптических ловушок для нейтральных атомов.
Основные полоікдіпш, вынооимив на эшццту.
1. В коаяирвзонаноной монохроматической отоячэп волне
градиентная оил», оулоотввнно пропшающая спонтанную силу зввтоього давления, приводит к локализации атомов в облаотях, имеющих оубмикронные ра:<моры.
.2. В бихроматической стоячей волне усредненное по плюю спотопой волны значніше градиентной си.»j моает быть значительно больше максимальной величии дпоитаїшсй сили спотового давления и нмоот макроскопический пространотвенный пчриод, оггредоляемки разностью
з. b суперпозиции магнитного поля к двух встречных ОНОТОВЫХ ВОЛН о различными направлениями их поляризации на атом действует магнито-сптическая оила, ебуслоилоішая индуцированной каппітшм полом анизотропией в Бинуадоїшсм керемалучении фотонов между этими оветовыми волнами,
>j
Апробация, работы и публикации.
Основино результата диссертации доложены на і in Международном симпозиуме по современной оптике (Будапешт, Венгрия, 1988>> XIIJ Мездународноп конференции по когерентной и нелинейной оптике Шинок, (98Й); Адриатической исследовательской конференции по современной спектроскопии (Триоот, Италия, 1988); XI
Международной конференции по атомной физике (Париж. Франция, 198Я); Осввтско- Финском симпозиум» по проблемам квантовой оптики (Новосибирск, 1989); IX Международной коиЗоренции по лазерной спектроскопии (Броігол Вудс, США, 1909); Финско-Сопегоком си/.тозиуме по проблемам квантопой оптики (Хельсинки, Финляндия, 1991); Международной физической школе "Энрико Ферми" (Ьарена, Италия, 1991); X Международной конференции по лазорной спектроскопии (Фонт-Роме, Франция, 1991); Международном оеминаре по оптики и иит&ргїяренции . атомов (Конотанц, ФРГ, 199!); ХХГП Европейской конференции по атомной спектроскопии (Горун, Польша, 1991); хні Международной конфороіщии по атомной физике (Мюнхен, ФРГ, 1992); Международном рабочем совещании по лазерной физике (Дубна, 1992); Европейской * исследовательской конференции по квантовой оптико (Давос, Швейцария, (992).
Основное содержание диссертации изложено о 15 научных публикациях, описок которых приведен в конце Автореферата,
Обхом дисоерташш.
Диссертация состоит из ьиодеьия, трех глав, заключения, списка литературы к изложена на 168 странице, включая 4 9 рисунков. Список литературы содержит 126 наименований.
Во~~взедбнии дан краткий исторический обзор исследований
радиационных сил осотового давления. Призе дона .классификация сил светового давления и на качественном уровне дано объяснение механизмов» лежащих в их основ*. Дано краткое описание содержания
диссертационной работы по главам.
