Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы науки и образования в условиях современных вызовов»
CPT resonances in a cell with rubidium-87 during simultaneous modulation of radiation by microwave and VHF signals
Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия, A. Savinov, Darya M. Kotina, Leila R. Stolyarova, Nickolai. N. Golovin, А. К. Дмитриев
Основным фактором, влияющим на стабильность стандартов частоты, является световой сдвиг.Для его снижения было предложено использовать многочастотное возбуждение резонансов когерентного пленения населенности (КПН) одновременно несколькими парами спектральных компонент фемтосекундного лазера [1].В этом случае каждый из наблюдаемых резонансов представляет собой некоторую сумму резонансов, возбуждаемых каждой парой компонент в отдельности.Однако спектр излучения подобных лазеров многократно превышает ширину оптических переходов, используемых для накачки КПН-резонансов, что приводит к низкому отношению сигнала к шуму.Согласование ширины переходов с шириной линии излучения возбуждения выполняется для диодных лазеров с внешним резонатором (ДЛВР) [2].При совместном действии СВЧ-и ОВЧ-модуляции тока инжекции ДЛВР на каждой из боковых полос формируется серия компонент, разделенных на частоту ОВЧ-модуляции.В этом случае вклад в образование резонанса КПН могут вносить сразу несколько пар компонент, отстоящих друг от друга на частоту часового перехода f 0 (≈ 6,835 ГГц).При совместном действии СВЧ-модуляции частотой f 0 /2 и ОВЧ-модуляции частотой 68 МГц с помощью интерферометра Фабри -Перо были записаны огибающие спектра излучения (рис. 1, а).Шкала частот калибровалась по интервалу между компонентами, равному частоте модуляции СВЧ.Видно, что боковые полосы по амплитуде практически равны, что позволит * Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FSUN-2022-0007).
Основным фактором, влияющим на стабильность стандартов частоты, является световой сдвиг.Для его снижения было предложено использовать многочастотное возбуждение резонансов когерентного пленения населенности (КПН) одновременно несколькими парами спектральных компонент фемтосекундного лазера [1].В этом случае каждый из наблюдаемых резонансов представляет собой некоторую сумму резонансов, возбуждаемых каждой парой компонент в отдельности.Однако спектр излучения подобных лазеров многократно превышает ширину оптических переходов, используемых для накачки КПН-резонансов, что приводит к низкому отношению сигнала к шуму.Согласование ширины переходов с шириной линии излучения возбуждения выполняется для диодных лазеров с внешним резонатором (ДЛВР) [2].При совместном действии СВЧ-и ОВЧ-модуляции тока инжекции ДЛВР на каждой из боковых полос формируется серия компонент, разделенных на частоту ОВЧ-модуляции.В этом случае вклад в образование резонанса КПН могут вносить сразу несколько пар компонент, отстоящих друг от друга на частоту часового перехода f 0 (≈ 6,835 ГГц).При совместном действии СВЧ-модуляции частотой f 0 /2 и ОВЧ-модуляции частотой 68 МГц с помощью интерферометра Фабри -Перо были записаны огибающие спектра излучения (рис. 1, а).Шкала частот калибровалась по интервалу между компонентами, равному частоте модуляции СВЧ.Видно, что боковые полосы по амплитуде практически равны, что позволит * Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FSUN-2022-0007).
Проблема обращения волнового фронта (ОВФ), предельно слабых сигна лов, энергия которых составляет несколько фотонов, встречается при исследовании работы разнообразных оптических систем, прежде всего содер жащих оптические усилители или усилители яркости.Подобные системы при меняются в физических и других экспериментах, как правило, в тех случаях, когда требуется зарегистрировать излучение, используя его когерентные свой ства.Речь может идти, в частности, о фиксации голограмм или интерферо грамм света, диффузно рассеянного на большой площади: отраженном от по верхности земли, воды и т.д.Оптические усилители вносят, как правило, абер рационные искажения в проходящие через них световые волны.Для компен сации этих искажений как раз и используются ОВФ зеркала.Рассмотрим упрощенную оптическую систему (рис.1), состоящую из ис точника 1, подсвечивающего рассеивающий предмет 2, входного объектива 3, расположенного за ним усилителя яркости 4 и матричного фотоприемника 5. Допустим, что источник подсвета представляет собой лазер, излучающий в направлении предмета импульс света с фиксированной во времени поперечной структурой, т.е.импульс когерентного излучения УФ, видимого или ИК ди
Исследовалось нелинейное селективное отражение от границы между прозрачным диэлектриком и парами Rb высокой плотности, где дипольное уширение рабочего перехода 5S−5P значительно превышало вклад доплеровской ширины. В эксперименте использовались перестраиваемый пробный лазер и лазер накачки с фиксированной частотой. При высокой интенсивности насыщающего излучения в спектре отражения появлялся провал, который приводил к расщеплению спектра на два симметричных резонанса. Величина расщепления совпадала с удвоенной частотой Раби. Наблюдение узкой структуры, соответствующей одетым атомным состояниям, открывает дополнительные возможности изучения многочастичных взаимодействий.
2 + 621.315.5921(048)В. С. Днепровский.Оптическая бистабильность в полупроводниках.Явление оптической бистабильности (ОБ) определяется совокупностью статических и динамических процессов в нелинейных системах с обратной связью (ОС).ОБ система может иметь два устойчивых состояния для выходного сигнала при одном значении входного 1 .ОБ представляет интерес как с практической точки зрения для создания безынерционных оптических транзисторов, переключателей, элементов памяти и других оптоэлектронных устройств 3 , так и для изучения нелинейных оптических процессов, определяющих бистабильное поведение систем: ОС позволяет зарегистрировать нелинейный процесс при относительно малых уровнях возбуждения.Наиболее перспективным материалом для ОБ устройств можно считать полупроводники, имеющие большие значения нелинейных восприимчивостей.Обычно ОБ элемент представляет собой резонатор Фабри -Перо, заполненный нелинейной средой.Под действием светового потока изменяется коэффициент преломления вещества и соответственно длина оптического пути резонатора.Пропускание резонатора становится нелинейным (рис. 1) -• возникают области дифференциального усиления, ограничения, гистерезис 3 .Рассмотрим только собственную *) ОБ в пассивных полупроводниковых системах, в которых нелинейность усилена резонансными процессами.За счет кулоновского взаимодействия между электронами и дырками в полупроводнике возникают одно-и двухфотонные резонансы, связанные с образованием экситонов и экситонных молекул.1. ОБ при экситонном резонансе обнаружена в резонаторах Фабри -Перо из GaAs 4 и GaSe 3 * 5 в случае, когда длина волны возбуждающего излучения отстроена от пика линии экситонного поглощения к > к ех ; кк ех ~ ~ Ак, где Ак -полуширина линии.При этом происходит «насыщение» экситонного перехода, связанное с процессами неупругого экситон-экситонного и экситон-электронного рассеяния, с экранированием экситонов, с переходом Мотта х > в .Меняется поляризуемость, связанная с экситонным резонансом.С ростом уровня возбуждения в области к > к ех уменьшается коэффициент преломления.Значительная нелинейность, связанная с экситонным переходом, и бистабильное поведение эталонов, работающих при комнатной (!) температуре, зарегистрированы в сверхрешетке в системе
Исследован эффект селективного отражения (SR) лазерного излучения от границы паров атомов 87Rb D2-линии и диэлектрического окна при использовании наноячейки с толщиной столба паров ~300 нм. Продемонстрировано формирование SR, имеющего спектральную ширину 25 МГц и расположенного на атомном переходе. Это – рекордное сужение доплеровской ширины 670 МГц в 27 раз при использовании однопроходной геометрии. Сигнал SR достигает несколько процентов от интенсивности его формирующего излучения, и линейная зависимость амплитуды SR сохраняется вплоть до 100 мВт/см2, что почти на два порядка больше интенсивности насыщения оптических процессов при использовании ячеек с парами атомов сантиметровой длины. Такая большая величина интенсивности насыщения достигается благодаря использованию наноячейки. The effect of selective reflection (SR) of laser radiation from the boundary of 87Rb D2- line atomic vapors and a dielectric window was studied using a nano-cell (NC) with a vapor column thickness of ~300 nm. The formation of an SR with a spectral width of 25 MHz, located on atomic transitions is demonstrated. This is a record narrowing of the 670 MHz Doppler width by a factor of 27 using single-pass geometry. The SR signal reaches several % of the intensity of its forming radiation and the linear dependence of the SR amplitude is maintained up to 100 mW/cm2, which is almost two orders of magnitude greater than the saturation intensity of optical processes when using centimeter-long cells with atomic vapor. Such a high value of saturation intensity is achieved due to the use of the nanocell.
В последние годы активно исследуется распространение и преобразование волн, имеющих комплексную частоту. Такие волны позволяют задействовать нули и полюса рассеяния (резонансы), которые располагаются на комплексных частотах, и имитировать поглощение и усиление излучения в пассивных системах. В докладе дается краткий обзор этого направления исследований и приводятся результаты, полученные автором при изучении взаимодействия оптического излучения комплексной частоты с резонансными средами