1626435886-1cce6bde8b5ee3bdaa35d7367a651ad8 (844327), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Движение атомов во встречных световых волнах . 4 8.1, Кинетическое уравнение для атомов в плоских встречных волнах............... 130 8.1.1. Уравнение Ппувилля (!31). 8Л.2. Анализ рекуррентной системы уравнений (!32). 8Л.З. Уравнение Фоккера— Планка (!31), 8.! 4. Прпйлпженне скоростных урэзкепнй (!36). 4 8.2. Рассеяние атомов на стоячей волне....... 137 4 8.3. Асимптотическое скоростное распределение....
140 4 8,4. Симметричныс пространственно-неоднородные световые поля............... 142 84.!. Акспально-сптшетрпчное поле (142). 8.4.2. Центрально-симметричное поле (!44). 4 8.5. Радиационная коллимацня атомных пучков 4 8.6. Радиационное снштие атомных пучков . Г л а в а 12. Некоторые применения холодных атомов и ионов... 195 9 12Л. Микроволновые стандарты частоты...... 196 12ЛЛ. Квантовые стандарты частоты на пучках медленных атомов (196). 12Л.2. Квантовые стандарты частоты на холодных локализованных ионах (198). $ 12.2. Накоплеипе и храпение холодных атомов в магнитных ловушках.............. 199 12.2.1. Хранение видов в тороидальной магнитной ловушке (200).
12.2.2. Инжекция атомов в ловушку (202). 9 12.3. Оптические стандарты частоты........ 203 12.3.1. Квантовые стандарты частоты на холодных локализованных атомах (204). 12.3.2. Квантовые стандарты частоты на холодных локализованных ионах (206). 9 12.4. Эксперименты с единичными атомами...... 207 1 12.5.
Заключение............. 208 П р и л о ж е и и е. Радиационная сила в поле двух плоских волн 211 Список литературы 217 ПРЕДИСЛОВИЕ Мы привыкли к удивительным свойствам лазерного света, позволяющего решать самые разнообразные и удаленные друг от друга задачи — получать объемные голографические изображения и передавать громадные потоки информации по стекловолокну, обнаруживать одиночные атомы и нагревать вещество до термоядерных температур, разделять изотопы и измерять с высокой точностью интервалы времени и длины. Сегодня к этому списку можно добавить решение с помощью лазерного света еще одной интересной н важной для приложений задачи — развитие эффективных методов управления движением отдельных атомов, что стало возможным благодаря воздействию на свободное движение атомов давлением лазерных лучей.
Таким образом, еще одно свойство светового луча — способность создавать давление на вещество — начало целенаправленно использоваться в физических исследованиях. В результате исследований механического действия света на атомы в последнее десятилетие был получен ряд важных результатов. Фундаментальное значение имеет, в частности, решение таких вопросов как определение сил, действующих на атомные частицы в различных типах световых полей, установление структуры уравнений, описывающих движение атомных частиц в световых полях, нахождение законов эволюции атомных ансамблей в полях различной геометрии. Если говорить о практической стороне исследований, то следует отметить, что за последние годы продемонстрирована перспективность применения лазерного излучения для монохроматизацпи скоростей ансамблей атомов, для фокусировки, коллимации п сжатия атомных пучков, для замедления атомных пучков и охлаждения атомов до температур, значительно меньших температуры жидкого гелия.
Яркими прикладными результатами явились, в частности, лазерное охлаждение тепловых атомных пучков до температур 0,1 — 0,01 К и лазерное охлаждение локализованных атомных ионов до температуры в сотые доли кельвипа. Проведенные к настоящему времени исследования давления лазерного излучения на атомы и другие атомные частицы сделало, па паш взгляд, актуальной задачу обобщения и систематизации исследований атомного движения в световых полях. Такую попытку мы прсдпрппялп в данной мопографик, постаравшись на единой основе описать современное состояние и перспективы развития этого направления исследований.
7 Настоящая монография посвящена изложению теории резонансного светового давления и анализу применений давления резонансного лазерного излучения в экспериментальной физике. В соответствии с современным состоянием проблемы монография разделена на две части. В части 1 рассмотрены основы теории резонансного светового давления.
Главным содержанием этой части является установление общих соотношений для радиационной силы (гл. 3) и расчеты силы для нескольких простейших типов световых полей (гл. 4). Здесь же (гл. 5) дано упрощенное описание движения атомных частиц в резонансных световых полях различных конфигураций, основанное па анализе феноменологического уравнения Лапжевепа. В части П представлена строгая квантовостатистическая теория движения атомных частиц в световых полях и указаны основные экспериментальные исследования. Здесь обсуждаются микроскопическое и кинетическое описания атомного движения (гл. 6) и вид кинетического уравнения для различных типов резонансных световых полей.
Подробное исследование атомного движения проведено па примере двухуровневого атома, взаимодействующего с одной бегущей волной (гл. 7) и двумя встречными бегущими волнами (гл. 8), В гл. 9 рассмотрены особенности давления резонансного излучения па трехуровневые атомы. В гл. 10 представлена теория когерептного цзин<ения атомов в резонансных световых полях.
Гл. 11 посвящена теории и экспериментальным исследованиям радиационного охлажденпя локализованных атомных ионов. В заключительной главе (гл. 12) рассмотрены некоторые применения холодных атомов и ионов в атомной физике, спектроскопии и в области квантовых стандартов частоты. Материал настоящей книги сформировался в результате теоретических и экспериментальных исследований давления лазерного излучения па атомы, ведущихся в Институте спектроскопии АН СССР в г. Троицке в течение последних десяти лет. Экспериментальная часть работы успешно осуществлялась В. И. Балыкиным, которому мы благодарны за сотрудничество и многочисленные обсуждения. Мы признательны также другим сотрудникам лаборатории таверной спектроскопии, в особенности С.
В. Андрееву, Т. В. Зуевой, Б. Д. Павлику, Ю. В. Рождественскому и А. И. Сидорову, принимавшим активное участие в исследованиях. Мы понимаем, что данная книга, написанная по горячим следам исследований, которые продолжаются и сейчас, не свободна от недостатков. Поэтому мы будем благодарны читателям. которые сообщат пам своп замечания и предложеппя, возникшие при чтении этой книги. В. Г. Миногим В. С. Летохов гллвх~ ВВЕДЕНИЕ. ИСТОРИЯ 11 СОВРЕМЕННОЕ РАЗВИТИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ СВЕТОВОГО ДАВЛЕНИЯ Исследования давления резонаиспого светового излучепия на атомные частицы составляют одио из тех новых научных направлеппй, появление которых всецело обусловлено широким применением лазеров в эксперимептальиой физике. Данное направление возпикло практически сразу после изобретевия лазера.
За последние годы оно сформировалось в самостоятельную область активных исследований, аначптельно отличающуюся по содержанию п целям от традиционных исследований давления с вета и а вещество. Широкое развитие, которое получили исследования давлепия лазерного излучения па атомные частицы — атомы и атомные попы, обусловлено главным образом уникальными свойствами лазерного спета. Во-первых, высокая спектральная яркость и мопохроматпчпость лазерного излучения позволяют в условиях резонанса излучения с атомным переходом создавать зпачительпое световое давление, практически недоступное при использовании обычных тепловых источников света. Например, непрерывное лазерное излучение умеренной пптексивности (порядка 0,1 Вт/см"), достаточной для насыщения разрешепного диполького перехода атома, создает силу светового давления, под действием которой атом получает ускорение па четыре — пять порядков больше гравитационного ускорения.
Во-вторых, благодаря возмо;кностп управления частотой и поляризацией лазерного излучения применение лазеров позволяет поддерживать значительное световое давление па атом в течение длительного времени. Классическим примером такого управления является оптическая ориептацпя атомов циркулярно поляризованным излучением, обеспечивающая непрерывную циркуляцию атома между двумя квантовыми состояниями. Наконец, высокая каправлеппость и пространственная когерептпость лазерного излучепия позволяют, комбинируя лазерные лучи, создавать силовые поля различных пространственных конфигураций.
В целом указанные свойства лазерного излучения позволили в последние годы реализовать условия, кри которых атомные часыщы в течение длительного времепи подвергаются действию значительных спл светового давления. Это обстоятельство карлияальпо изменило отпбшепие исследователей к проблеме светового давления. Нз явления, само обнаружение которого требовало пекогда постановки упикальных экспериментов, световое давление 9 благодаря использованию лазеров превратилось в эффективное средство воздействия на движение атомных частиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
