Новости науки 05.09.01. Оптика для атомных лазеров.
Появление источников когерентного излучения было одним из важнейших
научных достижений двадцатого века, значение которого сложно переоценить
- трудно найти область человеческой деятельности, в которой не использовались
бы лазеры. После того, как была достигнута Бозе-конденсация атомов
в магнитных ловушках, появилась возможность создания источников
когерентных материальных волн (моноэнергетичных коллимированных
пучков атомов). Однако, для того, чтобы атомные лазеры нашли применение,
необходимо создать высококачественные "атомные оптические элементы".
В статье группы немецких ученых в Physical Review Letters
сообщается о создании универсального атомного оптического элемента.
Рис.1. Коллимированный атомный пучок, получаемый из Бозе-конденсата
(яркие пятна вверху). Рисунок взят из работы [2].
Появление источников когерентных материальных волн может сыграть
большую роль для развития атомной интерферометрии, атомной голографии
и пр. Однако для работы с атомными пучками необходимы соответствующие
"оптические элементы". Например, для реализации атомной лазерной
микроскопии нужно научиться фокусировать атомные пучки. В работе
немецких исследователей [1] сообщается о том, что оказывается возможным
создать "атомный оптический элемент", вызывая с помощью лазеров
переходы между уровнями сверхтонкого расщепления основного состояния
5S1/2 атомов рубидия, находящихся в магнитном поле.
Наиболее просто реализовать источник когерентных материальных волн
можно путем внезапного высвобождения конденсата из магнитной ловушки,
однако разброс высвобожденных атомов по скорости в таком случае
относительно велик. Существенно лучшие результаты можно получить,
непрерывно выводя пучок атомов из конденсата (рис.1). Именно с таким
моноэнергетическим пучком, выводимым из Бозе-конденсата атомов 87Rb,
работали немецкие ученые. Под действием слабого радиочастотного
поля захваченные в магнитную ловушку атомы, находящиеся в состоянии
|F = 1, mF = -1>, переносились в "незахваченное" состояние
|F = 1, mF = 0> (F - полный момент импульса, mF
- магнитное квантовое число). Освобожденные атомы под действием
силы тяжести двигались вниз, образуя хорошо коллимированный атомный
пучок.
Рис.2. На 2 мс было включено "лазерное зеркало", что вызвало
переброс значительной части атомов в состояние состоянии |F = 2,
mF = 1>. Атомы с переориентированными спинами стали двигаться
вверх (направления движения основной и отраженной части пучка показаны
стрелками).
"Атомный оптический элемент" был реализован следующим образом.
При движении вниз атомы попадали в область, где под действием двух
сфокусированных лазерных лучей происходили двухфотонные переходы
между уровнями сверхтонкого расщепления и часть атомов оказывалась
в состоянии |F = 2, mF = 1>. В вертикальном направлении
существовал градиент магнитного поля и под его действием эти атомы
начинали двигаться вверх, в область с более слабым полем (рис.2).
В зависимости от мощности лазеров доля отраженных атомов менялась;
в экспериментах было достигнуто зеркальное отражение до 98 % атомов.
С помощью лазерной переориентации спинов оказалось возможным реализовать
универсальный оптический элемент, позволяющий производить отражение,
расщепление и фокусировку атомного лазерного пучка (в экспериментах
пучок с начальным диаметром 70 мкм был сфокусирован в пучок с диаметром
7 мкм).
1. Immanuel Bloch, Michael Kohl, Markus Greiner et al. Phys.Rev.Lett.
v.87, 030401 (2001).
2. Immanuel Bloch, Theodor W.Hansch, and Tilman Esslinger. Phys.Rev.Lett.
v.82, 3008 (1999).
|