Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Zhur. Eksptl'. i Teoret. Fiz.

O NELINEYNOM VLIYaNII OSTATOChNOGO DOPLEROVSKOGO SDVIGA NA RAZNOSTNYY SIGNAL NASELENNOSTEY VOZBUZhDENNOGO I OSNOVNOGO SOSTOYaNIY DVUKhFOTONNOGO REZONANSA V GAZE

A. P. Ammosov, G. V. Voloshin, K. A. Barantsev, A. N. Litvinov

Published Jan 1, 2025• 0 citations
Publisher

Abstract

Исследуется влияние движения атомов на населенности их возбужденного и основного состояний в условиях двухфотонного резонанса, возбуждаемого посредством Λ-схемы, с учетом невырожденности основного состояния. Показано, что населенность возбужденного состояния изменяется при перестановке местами значений амплитуд двух возбуждающих полей на оптических переходах. Таким образом, система не проявляет свойства симметрии относительно взаимной замены частот Раби двух возбуждаемых каналов. Обнаружено, что имеет место инверсия населенности между основными состояниями сверхтонкой структуры при одинаковых частотах Раби. Определены области значений частот Раби, скоростей атомов и двухфотонных отстроек, в которых данные эффекты проявляются наиболее сильно.

DOI
10.7868/s3034641x25030034

Related papers

Квантово-оптические эффекты в системе бихроматического излучения щелочных атомов при двухфотонном резонансе в ограниченных средах

Александр Аммосов

Цель работы – исследование новых физических эффектов, возникающих при взаимодействии двухчастотного лазерного излучения с квантовыми системами (атомами) при различных условиях взаимодействия со стенками ячейки. Объект исследования – щелочные атомы, находящиеся в ячейках конечного размера с антирелаксационным стеночным покрытием. В настоящей работе показано, что тепловое движение атомов в ограниченном объеме существенно влияет на динамику населенностей в Λ-схеме при двухфотонном резонансе. Система асимметрична относительно перестановки частот Раби каналов возбуждения: населенность возбужденного состояния зависит от их соотношения. Обнаружена инверсия населенности между основными состояниями сверхтонкой структуры при одинаковых интенсивностях возбуждающих полей. Определены области значений частот Раби, скоростей атомов, двухфотонных отстроек и ширины лазерного спектра, где эффекты (асимметрия, инверсия) максимальны. Учет выявленных эффектов при учете движения атомов обязателен для точности приложений КПН (атомные часы, сенсоры) в микроячейках с антирелаксационным покрытием. Применено программное обеспечение: Wolfram Mathematica.

•Jan 1, 2025•0 citations

Влияние диффузии активных атомов на форму спектра резонанса когерентного пленения населенностей

E.K. Rozkov, K.A. Barancev, G.V. Volosin +1 more

Приведены вывод и численное решение системы уравнений диффузии для компонент матрицы плотности Λ-атома, взаимодействующего с бихроматическим лазерным излучением при наличии буферного газа. В ходе вывода проведено расцепление цепочки Боголюбова и определен вид интеграла столкновений, в котором учитывались частые упругие столкновения и более медленные спин-обменные взаимодействия. Определены поправки первого и второго порядков малости к одночастичной матрице плотности, приводящие к отклонению распределения активных атомов по импульсам от равновесного (максвелловского). Проведено усреднение квантовых кинетических уравнений по импульсам активного атома и выполнен переход к представлению вращающейся волны. В выражениях для потоков компонент матрицы плотности присутствуют слагаемые, обусловленные пространственной неоднородностью системы, и слагаемые, возникающие из-за эффекта светоиндуцированного дрейфа. Исходя из численного решения системы для случаев одномерного и двумерного движения атомов установлено, что граничные эффекты оказывают существенное влияние на характеристики резонанса когерентного пленения населенностей и их роль возрастает при уменьшении размеров газовой ячейки. Определено, что существует область значений радиусов гауссова пучка, при которых параметр качества резонанса когерентного пленения населенностей (отношения амплитуды резонанса к его ширине) перестает зависеть от диаметра луча накачки. Показано, что для ячеек малых размеров существует концентрация буферных атомов, при которой параметр качества резонанса достигает максимального значения.

Zhur. Eksptl'. i Teoret. Fiz.•Jan 1, 2025•0 citations

“Asimmetriya vetvleniya” rezonansa kogerentnogo pleneniya naselennostey

Eugene A. Tsygankov, Dmitry S. Chuchelov, Maria I. Vaskovskaya +3 more

Рассматривается ситуация, когда разность населенностей в основном состоянии Λ-схемы уровней возникает за счет спонтанного распада верхнего уровня в нижние. Показано, что возникающая из-за этого асимметрия резонанса когерентного пленения населенностей приводит к сдвигу частоты квадратурного сигнала, который нелинейно зависит от интенсивности оптического излучения. При этом данный вклад не подавляется за счет использования высоких частот модуляции по сравнению со скоростью релаксации поляризации основного состояния (аналог режима Паунда–Древера–Холла). Обсуждается, что указанный сдвиг существенно мал при использовании бинарной смеси благородных буферных газов.

Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики•Sep 25, 2024•0 citations

Влияние свободного движения атомов на распространение лазерного излучения в оптически плотных средах в условиях резонанса когерентного пленения населенностей

Г. В. Волошин, K. A. Barancev, S. P. Voskobojnikov +1 more

Исследовано влияние свободного движения атомов на процессы поглощения двухчастотного лазерного излучения оптически плотной средой в условиях резонанса когерентного пленения населенностей. Обнаружено, что в такой системе каждая из двух компонент лазерного излучения поглощается по-разному. Показано, что различие в поглощении каждой из компонент лазерного излучения существенно зависит от скорости релаксации низкочастотной когерентности подуровней основного состояния. Определена область значений скоростей данной релаксации, в которой этот эффект проявляется наиболее сильно.

Zhur. Eksptl'. i Teoret. Fiz.•Jan 1, 2025•0 citations

Взаимодействие прямоугольного униполярного импульса с двухуровневой резонансной средой

Р. М. Архипов, Н.Н. Розанов

Интерес к униполярным импульсам в оптике связан с возможностью их эффективного воздействия на квантовые объекты. В работе изучается взаимодействие короткого прямоугольного униполярного импульса с двухуровневой резонансной средой в условиях, когда длительность импульса меньше времен релаксации среды. Парадоксальным является тот факт, что поляризация и разность заселенностей среды осциллирует не на частоте Раби, а на частоте, пропорциональной сумме квадратов частоты резонансного перехода среды и частоты Раби импульса. Данное явление аналогично эффекту Штарка, которое заключается в сдвиге частот переходов среды в постоянном внешнем электрическом поле. Обсуждается возможность генерации излучения на частотах, превосходящих частоту резонансного перехода при возбуждении среды прямоугольным униполярным импульсом. Ключевые слова: униполярные импульсы, двухуровневая система, осцилляции Раби.

Журнал технической физики•Jan 1, 2020•0 citations

Generatsiya i pogloshchenie fotonov dvukhurovnevym atomom v rezhime ul'trasil'noy svyazi s EM polem

A. V. Kozlovskiy

В рамках квантовой модели Раби теоретически показано, что двухуровневый атом генерирует или поглощает фотоны в условиях ультрасильной связи его с электромагнитным полем. Генерация фотонов возможна, если поле первоначально находится в вакуумном состоянии. Возможным, при определенных начальных состояниях системы атом + поле, также является поглощение фотонов в моде поля в режиме ультрасильной связи атома и поля. Если атом в начальный момент времени находится в нижнем (невозбужденном) состоянии, а поле – в вакуумном состоянии, генерация фотонов присутствует в резонансных условиях ωa ≈ ωf , ωa – частота перехода атома, а ωf - частота поля, или ξ ≡ ωa/ωf ≈ 1, в режиме ультра сильной связи. При отрицательной отстройке ξ ≪ 1, ωa ≪ ωf для динамики среднего числа фотонов hˆnit поля характерны осцилляции Раби с 0 ≤ hˆnit ≤ nmax ≫ 1 в случае ультрасильной связи для значений константы связи атома с полем ˜g ≡ |g|/ωf ∼ 1, при этом населенность возбужденного состояния атома составляет Pe(t) ≈ 0.5. В условиях большой положительной отстройки: ξ ≫ 1 генерация фотонов отсутствует: hˆni ≈ 0, а атом остается в исходном состоянии Pe(t) ≈ 0. Статистика фотонов в режиме генерации близка к хаотической: дисперсия фотонов значительно превышает уровень когерентного состояния поля (т.е. является суперпуассоновской). Поглощение фотонов поля без возбуждения атома присутствует в режиме ультра сильной связи в случае когерентного начального состояния поля (hˆn(t = 0i > 0) для определенных положительных значений отстройки. При этом поле становится субпуассоновским.

Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики•Dec 1, 2024•0 citations
Исследуется влияние движения атомов на населенности их возбужденного и основного состояний в условиях двухфотонного резонанса, возбуждаемого посредством Λ-схемы, с учетом невырожденности основного состояния. Показано, что населенность возбужденного состояния изменяется при перестановке местами значений амплитуд двух возбуждающих полей на оптических переходах. Таким образом, система не проявляет свойства симметрии относительно взаимной замены частот Раби двух возбуждаемых каналов. Обнаружено, что имеет место инверсия населенности между основными состояниями сверхтонкой структуры при одинаковых частотах Раби. Определены области значений частот Раби, скоростей атомов и двухфотонных отстроек, в которых данные эффекты проявляются наиболее сильно.
Цель работы – исследование новых физических эффектов, возникающих при взаимодействии двухчастотного лазерного излучения с квантовыми системами (атомами) при различных условиях взаимодействия со стенками ячейки. Объект исследования – щелочные атомы, находящиеся в ячейках конечного размера с антирелаксационным стеночным покрытием. В настоящей работе показано, что тепловое движение атомов в ограниченном объеме существенно влияет на динамику населенностей в Λ-схеме при двухфотонном резонансе. Система асимметрична относительно перестановки частот Раби каналов возбуждения: населенность возбужденного состояния зависит от их соотношения. Обнаружена инверсия населенности между основными состояниями сверхтонкой структуры при одинаковых интенсивностях возбуждающих полей. Определены области значений частот Раби, скоростей атомов, двухфотонных отстроек и ширины лазерного спектра, где эффекты (асимметрия, инверсия) максимальны. Учет выявленных эффектов при учете движения атомов обязателен для точности приложений КПН (атомные часы, сенсоры) в микроячейках с антирелаксационным покрытием. Применено программное обеспечение: Wolfram Mathematica.
Приведены вывод и численное решение системы уравнений диффузии для компонент матрицы плотности Λ-атома, взаимодействующего с бихроматическим лазерным излучением при наличии буферного газа. В ходе вывода проведено расцепление цепочки Боголюбова и определен вид интеграла столкновений, в котором учитывались частые упругие столкновения и более медленные спин-обменные взаимодействия. Определены поправки первого и второго порядков малости к одночастичной матрице плотности, приводящие к отклонению распределения активных атомов по импульсам от равновесного (максвелловского). Проведено усреднение квантовых кинетических уравнений по импульсам активного атома и выполнен переход к представлению вращающейся волны. В выражениях для потоков компонент матрицы плотности присутствуют слагаемые, обусловленные пространственной неоднородностью системы, и слагаемые, возникающие из-за эффекта светоиндуцированного дрейфа. Исходя из численного решения системы для случаев одномерного и двумерного движения атомов установлено, что граничные эффекты оказывают существенное влияние на характеристики резонанса когерентного пленения населенностей и их роль возрастает при уменьшении размеров газовой ячейки. Определено, что существует область значений радиусов гауссова пучка, при которых параметр качества резонанса когерентного пленения населенностей (отношения амплитуды резонанса к его ширине) перестает зависеть от диаметра луча накачки. Показано, что для ячеек малых размеров существует концентрация буферных атомов, при которой параметр качества резонанса достигает максимального значения.
Рассматривается ситуация, когда разность населенностей в основном состоянии Λ-схемы уровней возникает за счет спонтанного распада верхнего уровня в нижние. Показано, что возникающая из-за этого асимметрия резонанса когерентного пленения населенностей приводит к сдвигу частоты квадратурного сигнала, который нелинейно зависит от интенсивности оптического излучения. При этом данный вклад не подавляется за счет использования высоких частот модуляции по сравнению со скоростью релаксации поляризации основного состояния (аналог режима Паунда–Древера–Холла). Обсуждается, что указанный сдвиг существенно мал при использовании бинарной смеси благородных буферных газов.
Исследовано влияние свободного движения атомов на процессы поглощения двухчастотного лазерного излучения оптически плотной средой в условиях резонанса когерентного пленения населенностей. Обнаружено, что в такой системе каждая из двух компонент лазерного излучения поглощается по-разному. Показано, что различие в поглощении каждой из компонент лазерного излучения существенно зависит от скорости релаксации низкочастотной когерентности подуровней основного состояния. Определена область значений скоростей данной релаксации, в которой этот эффект проявляется наиболее сильно.
Интерес к униполярным импульсам в оптике связан с возможностью их эффективного воздействия на квантовые объекты. В работе изучается взаимодействие короткого прямоугольного униполярного импульса с двухуровневой резонансной средой в условиях, когда длительность импульса меньше времен релаксации среды. Парадоксальным является тот факт, что поляризация и разность заселенностей среды осциллирует не на частоте Раби, а на частоте, пропорциональной сумме квадратов частоты резонансного перехода среды и частоты Раби импульса. Данное явление аналогично эффекту Штарка, которое заключается в сдвиге частот переходов среды в постоянном внешнем электрическом поле. Обсуждается возможность генерации излучения на частотах, превосходящих частоту резонансного перехода при возбуждении среды прямоугольным униполярным импульсом. Ключевые слова: униполярные импульсы, двухуровневая система, осцилляции Раби.
В рамках квантовой модели Раби теоретически показано, что двухуровневый атом генерирует или поглощает фотоны в условиях ультрасильной связи его с электромагнитным полем. Генерация фотонов возможна, если поле первоначально находится в вакуумном состоянии. Возможным, при определенных начальных состояниях системы атом + поле, также является поглощение фотонов в моде поля в режиме ультрасильной связи атома и поля. Если атом в начальный момент времени находится в нижнем (невозбужденном) состоянии, а поле – в вакуумном состоянии, генерация фотонов присутствует в резонансных условиях ωa ≈ ωf , ωa – частота перехода атома, а ωf - частота поля, или ξ ≡ ωa/ωf ≈ 1, в режиме ультра сильной связи. При отрицательной отстройке ξ ≪ 1, ωa ≪ ωf для динамики среднего числа фотонов hˆnit поля характерны осцилляции Раби с 0 ≤ hˆnit ≤ nmax ≫ 1 в случае ультрасильной связи для значений константы связи атома с полем ˜g ≡ |g|/ωf ∼ 1, при этом населенность возбужденного состояния атома составляет Pe(t) ≈ 0.5. В условиях большой положительной отстройки: ξ ≫ 1 генерация фотонов отсутствует: hˆni ≈ 0, а атом остается в исходном состоянии Pe(t) ≈ 0. Статистика фотонов в режиме генерации близка к хаотической: дисперсия фотонов значительно превышает уровень когерентного состояния поля (т.е. является суперпуассоновской). Поглощение фотонов поля без возбуждения атома присутствует в режиме ультра сильной связи в случае когерентного начального состояния поля (hˆn(t = 0i > 0) для определенных положительных значений отстройки. При этом поле становится субпуассоновским.