1626435886-1cce6bde8b5ee3bdaa35d7367a651ad8 (Миногин, Летохов 1986 - Давление лазерного излучения на атомы)

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ В. Г. МИНОГИН, В. С. ЛЕТОХОВ ДАВЛЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА АТОМЫ Серия выпускается под общих руководством редакционной коллегии журнала «Успехи 4изических наук» МОСКВА «НАУКА> ГЛАВНАЯ РЕДАКИИЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОИ ЛИТЕРАТУРЫ 1989 ББК 22.37 М61 УДК 539.1 Ми ногин В. Г., Л е т ох о в В. С. Давление лазерного излучения на атомы,— Мд Наука: Гл. ред. физ.-мат. лпт., 1086.— 224 с. (Сер. еСовр. пробл. фиаикиа.) рецензент доктор физнко-математических паук Х1, Л. Собельман Ф Издательство «Наука», Гланнан редакння Фнанье-математнчеснои литературы, 1ЭЗЗ 1704020000 — 107 Ы О 8(02 86 105 8" Излонеена теория движения атомных частиц под действием давления резонансного лазерного излучения и рассмотрены применения резонансного светового давления в экспериментальной физике.

Представлены основы теории резонансного светового давления, даны основные соотношения для радиационной силы, действующей на атомные частицы в поле резонансиого излучения, и рассмотрены особенности светового давления для волей различной пространственно-временной структуры. Изложена последователыия кваньоностатястическая теория движения атомных частиц в резонансных световых полях и указаны основные эксперименты по управлению~ дви>кением атомов и атомных ионов давлением лазерного излучения. Подробно рассмотрены экспериментальные исследования лазерного охлаждения атомных пучков и локализованных атомных ионов.

Обсуждаются применения холодных атомов и ионов в атомной физике и спектроскопии. Для шнрокого круга специалистов, работающих в области овтикн, атомной физики, спектроскопии, квантовой электроники и лазерной физики, а такнсе может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей. Табл.

1. 1!л. 61. Вяблиогр. 200 назв. ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие Г л а в а 1. Введение. История и современное развитие исследований светового давления 4 1Л. Ранние исследования светового давления 4 1.2. Исследования давления лазерного иалучения 1.2.1. Световое давление на макроскопические частицы (13). 1.2.2. Резонансное световое давление на атомные частицы (14). 1.2.3. Радиационное охлаждение атомных частиц (16). 1.2.4. Проблема локализации атомов в световом поле (17). $1.3. Теоретические исследования движения атомных частиц в резонансных световых полях . Часть 1 ОСНОВЫ ТЕОРИИ РЕЗОНАНСНОГО СВЕТОВОГО ДАВЛЕНИЯ Глава 2.

Влияние фотонной отдачи на движение атома . $2Л. Эффект отдачи при поглощении (испускании) фотона 2Л.1. Обмен импульсом между атомом и световым полем (21). 2Л.2. Обмен энергией (22). 2.1.3. Пример атома натрия (23]. $2.2. Флуктуации и дрейф атомного импульса при многократном переизлучении фотонов . 4 2.3. Сила светового давления . 2.3.1. Условия классичности движения атома в резонансном световом поле (27).

2.3.2. Упрощенное определение силы светового давления на атом (29). $ 2.4. Элементарное рассмотрение импульсной диффузии. 2.4.1. Флуктуационные процессы (ЗЦ. 2.4.2. Тензор импульсной диффузии (33). 3 2.5. Рассеяние резонансного излучения движущимся атомом Гл а в а 3. Радиационная сила в резонансном световом поле . 4 ЗЛ. Квантовомеханический аналог радиационной силы. 3.1.1. Теорема Эренфеста (38). 3.1.2.

Координатное, импульсное и вигнеровское представления (40). 4 3.2. Основные соотношения для радиационной силы 3.2Л. Переход к классическому движению атома (45). 3.2.2. Усредненная радиационная сила (46). 3.2.3. Основные ограничения (48). 3.2.4. Расчет усредненной силы на основе вигнеровской матрицы плотности (49). 6 3.3. Усредненная сила в пространственно-неоднородном световом поле . 4 3.4. Усредненная сила для двухуровневого атома .

4 3.5. Усредненная сила для многоуровневого атома . 9 10 13 21 21 21 24 26 35 37 38 50 53 55 1'лава 4. Усредненная сила для двухуровневого атома в поле монохроматического излучения 1 4.!. Плоская бегущая волна 4 2. Встречные плоские волны 4.2.!. Общие соотношения для силы светового давления (б!). 4.2.2. Решение рекуррентной системы уравнений (63). 4.2.3. Многорезонансиан структура силы светового давления (64). 4.2.4. Приближение скоростных уравнений (68).

$4.3. Бегущая волна с гауссовским распределением интенсивности $4.4, Встречные волны с гауссовским распределением интенсивности Г л а в а 5. Эволюции атомного ансамбля в резонансном световом поле 4 5.!. Мопотроматизация атомных скоростей в бегущей волне 5.1,1. Деформация скоростного распределения под действием силы светового давления (74). 5.1.2.

Уширение скоростного распределения за счет диффузии. Минимальная ширина (76). $5.2, срокусировка (дефокуспровка) атомов в световом луче 5.2.1. Влияние градиентной силы яа поперечное движение атомов (80). 5.2.2. Эволюция поперечного распределения атомов (82). 4 5.3. Радиационное оклаждение атомов во встречных волнах 5.3.1. Сужение скоростного распределения (85). 5.3.2. Стационарное скоростное распределение (87).

1 5.4. 1'адиационное отлаждение локализованнык атоиныл частиц 5.4.!. Низкочастотные колебания (90). 5.42. Высокочастотные колебания (92). 58 59 61 70 71 73 74 89 Часть П ДВИЖЕНИЕ АТОМНЫХ ЧАСТИЦ В РЕЗОНАНСНЫХ СВЕТОВЫХ ПОЛЯХ Г л а в а 6. Микроскопическое п кинетическое описания атомного движения 9 6.!. Микроскопические уравненпл . 6.!.1. Уравнения для атомной матрицы плотности в представлении Вигнера (95). 6.!.2. Два типа зволюции атомной матрицы плотности (98).

4 6.2. Бинетическое уравнение 6.2.!. Метод Боголюбова (!02). 6.2.2. Нулевое приближение. Уравнение сотранения фазовой плотности (105). 6.2.3. Первое приолижение. Уравнение Лиувплля (106). 6.2.4. Второе и высшие приближения. Уравнение Фоккера— Планка (107). 4 6.3, Пинетичсское уравнение в случае пространственно-неоднородпык волн Г за за . Движение атомов в бегущей световой волне . 9 7.!. 1(ннетическое уравнение для атомов в плоской волне 7сБ!. Приближения нулевого, первого и второго порядков по импульсу фотона (И1).

7лЕ2. Прполпжение третьего порядка (!14). 4 7.2. 1(ипетнческое уравнение лля атомов в лазерном луче 7.2.1. Гауссовский световой луч (115). 7.2.2. Световой луч с конечной шириной спектра (118). $ 7.3. Асимптотическое скоростное распределение 7.3.!. Форма скоростного распределения (121). 7.3.2. Вклад членов третьего порядка по вмпульсу фотона (124). 94 95 102 108 110 1(0 115 120 $7.4. Замедление и скоростная мопохроматитация атомных пучков............... 125 7.4.1. Параметры процесса замедления (!25). 7.4.2. Экспериментальные исследования (127).

129 Г л а в а 9. Трехуровневые атомы в поле двухчастотного излучения 4 9Л. Качественпьш анализ эффекта атомной когерептности 4 9.2. Микроскопические уравнения для трехуровневого атома 1 9.3. Кинетическое уравнение $ 9.4. Радиационнэв сила и тензор диффузнп прн резонансе атомов с излучением . 155 157 Г58 160 163 Когерентпое движение атомов , . . . . . , .

166 Дифракцпя волнового пакета атома пэ йегущсй волне 167 10.!.1. Амплитуды вероятностей п нолновая функцил ато- ма (!68). !О.!.2. Эволюция атомного волнового паке- та (170). Стационарные состояния аготы в стончей волне... 171 102.!. Стационарные уравненил днижепия (172). 10.2.2. Сойственвые <остояпия трансляционного дни<кения ато- ма (!72). !0.2.3. Энергетическпп спектр и законы диспер- сии (!74).

!02.4. Случай точного резонанса (!76). Днфракцпя атомов на стоячей волне !0.3.!. Аналитическое рсшение для амплитуд вероятно- стей (178). 10.3.2. Плотность импульсного распредене- ния (!79). Глава Гй 4 101 9 10.2 9 10.3 Глава 11. чения 4 1!.1 Локализованные атомные попы в ноте лазерного пзлу- 181 !82 Локализация ионов !!.!.!. Ловушка Пенпппга (182). 1!.!.2. Рэдпочастоп<ая квадрупольпая ловушка (183). Уравнения дви'кения пока:шзонанпого иона в поле ла- аерпого излучения 1!.2.!. Микроскопические уравнения (!85).

11.2.2. Кине- тическое уравнение (!86). Теория радиационного охла'кденпя ионов 1!.3.1. Первоначальпып этап охлаждения (189). 11.3.2. Прнцлп кение к стационарному рслшму (190). Основные эксперименты . !!.4.!. Охлаждение ионов М8П (!92). 1! 42. Охлаждение ионов ВаП (!93). 4 !!.2 185 $1!.3 $ 11.4 Г л а в а 8.