Optika atmosfery i okeana

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СХЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ И КАСКАДНОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ АТОМОВ МЕЗОСФЕРЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ОПОРНЫХ ЗВЕЗД. ЧАСТЬ II. АТОМЫ ЖЕЛЕЗА

Sergey M. Bobrovnikov, Lidia A. Bolbasova, Е.В. ГОРЛОВ, В.И. ЖАРКОВ, Vladimir P. Lukin

Published Feb 25, 2025• 0 citations

Abstract

Техника формирования лазерной опорной звезды (ЛОЗ) является неотъемлемым элементом адаптивной оптической системы наземного телескопа. Основным ограничением натриевых ЛОЗ, сформированных на основе резонансной флуоресценции мезосферных атомов натрия, является их низкая яркость. Для оценки возможности создания ЛОЗ на основе флуоресценции других металлов в мезосфере рассчитана эффективность схем возбуждения атомов железа с учетом содержания соответствующих видов атомов в мезосфере. Вычислен относительный обратный поток флуоресценции для переходов атомов железа. Проведено сравнение с результатами для атомов калия, никеля и натрия. Полученные данные могут быть использованы при создании систем адаптивной оптики с искусственными опорными источниками для наземных телескопов и разработке мезосферных лидаров. A laser guide star is an essential part of the adaptive optics system of a ground-based optical telescope. The main limitation of sodium laser guide stars, formed on the basis of the resonant fluorescence of mesospheric sodium atoms, is the low brightness of the LGS. To estimate a possibility of creating LGS based on the fluorescence of other metals in the mesosphere, the efficiency of excitation schemes for atoms of iron are calculated. The relative backscattering flux of fluorescence for transitions of iron atoms is calculated taking into account the content of the atoms in the mesosphere and the transmission of the atmosphere. The comparison with the results for sodium, nickel, and potassium atoms is made. Our results can be used for the development of adaptive optics systems with artificial reference sources for ground-based telescopes and mesospheric lidars.

DOI: 10.15372/aoo20250211

Related papers

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СХЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ И КАСКАДНОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ АТОМОВ МЕЗОСФЕРЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ОПОРНЫХ ЗВЕЗД. ЧАСТЬ I. АТОМЫ КАЛИЯ И НИКЕЛЯ

Sergey M. Bobrovnikov, Lidia A. Bolbasova, Е.В. ГОРЛОВ +2 more

Техника формирования лазерной опорной звезды (ЛОЗ) является неотъемлемым элементом адаптивной оптической системы наземного телескопа. Основным ограничением натриевых ЛОЗ, сформированных на основе резонансной флуоресценции мезосферных атомов натрия, является их низкая яркость. Для оценки возможности создания ЛОЗ на основе флуоресценции других металлов в мезосфере рассчитана эффективность схем возбуждения атомов калия и никеля с учетом содержания соответствующих видов атомов в мезосфере. Вычислен относительный обратный поток флуоресценции для переходов атомов калия и никеля. Проведено сравнение с результатами для атомов натрия. Полученные данные могут быть использованы при создании систем адаптивной оптики с искусственными опорными источниками для наземных телескопов и разработке мезосферных лидаров. A laser guide star is an essential part of the adaptive optics system of a ground-based optical telescope. The main limitation of sodium laser guide stars, formed on the basis of the resonant fluorescence of mesospheric sodium atoms, is the low brightness of the LGS. To estimate a possibility of creating LGS based on the fluorescence of other metals in the mesosphere, the efficiency of excitation schemes for atoms of potassium and nickel are calculated. The relative backscattering flux of fluorescence for transitions of potassium and nickel atoms is calculated taking into account the content of the atoms in the mesosphere and the transmission of the atmosphere. The comparison with the results for sodium atoms is made. Our results can be used for the development of adaptive optics systems with artificial reference sources for ground-based telescopes and mesospheric lidars.

Optika atmosfery i okeanaFeb 25, 20251 citation

Моделирование спектров возбуждения резонансной флуоресценции двух различных двухуровневых взаимодействующих наночастиц

В. А. Морозов

Проведено численное моделирование спектров возбуждения резонансной флуоресценции, связанных динамическим взаимодействием двух различных двухуровневых наночастиц. Рассматривалось возбуждение одной из частиц монохроматическим светом с частотой, близкой к частоте собственного перехода этой частицы, при интенсивности облучения, приводящего к малой заселенности ее возбуждаемого состояния. Использован формализм описания резонансной флуоресценции методом Гайтлера--Ма применительно к полной составной системе из отмеченной пары частиц и квантованного поля излучения. Полученные выражения для спектра возбуждения отражают учет поглощения фотона флуоресценции без отнесения его к излучению какой-либо одной из частиц. Выражения для спектров возбуждения при учете такого поглощении фотона флуоресценции, которое позволяет отнести его к излучению той или иной из частиц, получены на основе решения модифицированной системы уравнений метода Гайтлера--Ма, которая отражает сложение не интерферирующих амплитуд состояний поля излучения каждой частицы. Установлено, что форма спектров возбуждения стационарной резонансной флуоресценции рассматриваемых частиц определяется формой соответствующих спектров интенсивности спонтанной флуоресценции этих частиц. Ключевые слова: математическое моделирование, взаимодействующие двухуровневые наночастицы, резонансная флуоресценция, спектр возбуждения.

Оптика и спектроскопияJan 1, 20220 citations

Нелинейные эффекты при распространении лазерных импульсов в среде двухуровневых атомов

Чернова, Наталья

Объект исследования – двухуровневый атом. Цель работы – теоретическое исследование нелинейных эффектов при распространении лазерных импульсов в среде двухуровневых атомов. В результате исследования создана математическая модель взаимодействия лазерного излучения со средой двухуровневых атомов, проведен анализ распространения коротких лазерных импульсов в оптически плотной среде, изучено влияние процессов релаксации атомных уровней на изменение площади импульса при его распространении в среде. Результат работы – зависимости, устанавливающие как параметры излучения и среды определяют динамику площади импульса в соответствии с теоремой площадей Мак–Колла–Хана. Полученные результаты позволяют лучше понять процессы когерентного взаимодействия излучения с резонансными средами и могут быть использованы при анализе систем оптической обработки информации. Применялись информационно – коммуникационные технологии для поиска и анализа литературы. Использована прикладная программа Python для численного моделирования процессов взаимодействия и визуализации полученных результатов.

Jan 1, 20250 citations

ПРИНЦИПЫ СОПРЯЖЕНИЯ СЕТЕЙ КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧЕЙ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОБОРУДОВАНИИ РАЗНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ

Anton E. Afanasiev, Д.В. Быкова, V. I. Balykin

Квантовые системы могут быть использованы для построения сенсоров физических полей. Наибольшей точности и чувствительности такие сенсоры достигают при их когерентном контроле. Холодные и ультрахолодные атомы являются перспективными для создания квантовых сенсоров инерциальных полей. Для создания транспортируемых квантовых сенсоров на основе нейтральных атомов перспективной является платформа атомного чипа, которая обладает меньшими размерами и энергопотреблением. Это позволит использовать её для размещения на борту летательных аппаратов, включая спутниковые системы. Дальнейшим её развитием является переход к гибридным атомно-оптическим чипам.

Nanoindustry RussiaJun 30, 20250 citations

Экспериментальное исследование спектра флуоресценции атомов цезия в присутствии буферного газа

В.Г. Давыдов, V. N. Kulyasov

Выполнен прямой эксперимент по определению квантовой эффективности флуоресцентного цезиевого фильтра.Произведена запись спектров флуоресценции атомов цезия при возбуждении верхних состояний второго резонансного дублета излучением цезиевой лампы Бела-Блюма.Наблюдалось появление дополнительных фотонов флуоресценции при добавлении в кюветы с цезием различных инертных газов.Установлено, что флуоресцентный фильтр на парах атомов цезия с добавлением в рабочую ячейку гелия является рекордсменом по квантовой эффективности и быстродействию среди всех известных флуоресцентных фильтров на парах атомов щелочных металлов.

Журнал технической физикиDec 17, 20170 citations

Распространение лазерных импульсов в оптически плотных средах трехуровневых атомов

Гуляев, Алексей

Объект исследования — трёхуровневая атомная система. Цель работы — cоздать математическую модель взаимодействия лазерного излучения с оптически плотной средой трёхуровневых атомов. В результате исследования разработана и численно реализована математическая модель, описывающая динамику взаимодействия когерентного лазерного излучения с ансамблем трёхуровневых атомов в условиях оптически плотной среды. Модель основана на решении системы уравнений для элементов матрицы плотности совместно с уравнениями Максвелла для медленно меняющихся амплитуд взаимодействующих полей. Получены зависимости пространственно-временной эволюции интенсивности зондирующего импульса и населённостей энергетических уровней атомов при различных параметрах системы, таких как начальные интенсивности и длительности импульсов, отстройки частот от резонанса и оптическая толщина среды. Проанализировано влияние этих параметров на эффективность взаимодействия и формирование когерентных эффектов, таких как электромагнитно-индуцированная прозрачность и когерентное пленение населенностей. Применялись информационно-коммуникационные технологии для численного моделирования и анализа полученных данных. Использованы прикладные программы: MATLAB, язык программирования Python с библиотеками SciPy, NumPy для решения системы дифференциальных уравнений и визуализации результатов. Проведен поиск информации в глобальных компьютерных сетях для анализа существующих теоретических моделей и экспериментальных данных.

Jan 1, 20250 citations

Техника формирования лазерной опорной звезды (ЛОЗ) является неотъемлемым элементом адаптивной оптической системы наземного телескопа. Основным ограничением натриевых ЛОЗ, сформированных на основе резонансной флуоресценции мезосферных атомов натрия, является их низкая яркость. Для оценки возможности создания ЛОЗ на основе флуоресценции других металлов в мезосфере рассчитана эффективность схем возбуждения атомов калия и никеля с учетом содержания соответствующих видов атомов в мезосфере. Вычислен относительный обратный поток флуоресценции для переходов атомов калия и никеля. Проведено сравнение с результатами для атомов натрия. Полученные данные могут быть использованы при создании систем адаптивной оптики с искусственными опорными источниками для наземных телескопов и разработке мезосферных лидаров. A laser guide star is an essential part of the adaptive optics system of a ground-based optical telescope. The main limitation of sodium laser guide stars, formed on the basis of the resonant fluorescence of mesospheric sodium atoms, is the low brightness of the LGS. To estimate a possibility of creating LGS based on the fluorescence of other metals in the mesosphere, the efficiency of excitation schemes for atoms of potassium and nickel are calculated. The relative backscattering flux of fluorescence for transitions of potassium and nickel atoms is calculated taking into account the content of the atoms in the mesosphere and the transmission of the atmosphere. The comparison with the results for sodium atoms is made. Our results can be used for the development of adaptive optics systems with artificial reference sources for ground-based telescopes and mesospheric lidars.