Details

Настоящая работа посвящена теоретическому исследованию особенностей формирования темных резонансов в газовых средах щелочных атомов, а именно резонансов когерентного пленения населенностей (КПН), детектируемых методом Рэмси, и резонансов электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИП), детектируемых непрерывным излучением. В работе построены математические модели возникновения темных резонансов в средах, имеющих ненулевую температуру, ненулевую оптическую плотность, конечные размеры в продольном лазерному лучу направлении, а также разрешенную магнитную структуру уровней. Получены уравнения, описывающие эволюцию состояния рассматриваемых атомных сред, и уравнения переноса бихроматического излучения сквозь них. Проведен расчет форм спектральных линий резонансов когерентного пленения населенностей, детектируемых методом импульсного возбуждения, и резонансов электромагнитно-индуцированной прозрачности, детектируемых непрерывным излучением, при различных параметрах лазерной накачки и атомной среды. Показано существование определенной разности фаз между опрашивающими лазерными полями, при которой сдвиг центрального резонанса Рэмси не зависит от длины ячейки в случаях оптически плотных сред неподвижных и движущихся атомов. Показано, что при определенных условиях различные каналы импульсного возбуждения резонансов когерентного пленения населенностей способны интерферировать, что проявляется как немонотонное изменение амплитуд резонансов при увеличении величины приложенного магнитного поля или параметра эллиптичности. Предложено физическое обоснование различия стоксова и антистоксова каналов рассеяния пробного излучения при детектировании резонансов электромагнитно-индуцированной прозрачности. Показано, что при наблюдении эффекта электромагнитно-индуцированной прозрачности в ячейках конечных продольных размеров без буферного газа в спектре поглощения пробного излучения могут возникать дополнительные резонансы прозрачности. Обнаружено, что в случае, если длина ячейки больше или порядка длины волны расщепления основного состояния атомов, то исчезают различия в форме резонансов при изменении типа отражения от антирелаксационных покрытий торцевых стенок. В работе предложены методы снижения чувствительности световых сдвигов резонансов КПН к изменениям температуры атомной среды и эллиптичности лазерного излучения, что может найти потенциальные применения в задачах улучшения стабильности квантовых стандартов частоты. Обнаруженные физические особенности возбуждения резонансов ЭИП в газовых ячейках без буферного газа с антирелаксационными покрытиями стенок имеют существенное значение для описания работы соответствующих устройств оптической квантовой памяти.

The present work is devoted to a theoretical study of the formation features of dark resonances in gaseous media of alkali atoms, namely, coherent population trapping (CPT) resonances detected by the Ramsey method and electromagnetically induced transparency (EIT) resonances detected by continuous radiation. In the work, mathematical models of the occurrence of dark resonances in media with a non-zero temperature, non-zero optical density, finite dimensions in the longitudinal direction of the laser beam, and an allowed magnetic structure of levels are constructed. Equations describing the evolution of the state of the considered atomic media and equations of bichromatic radiation transfer through them are obtained. The shapes of spectral lines of coherent population trapping resonances detected by the pulsed excitation method and electromagnetically induced transparency resonances detected by continuous radiation are calculated for various parameters of laser pumping and an atomic medium. It is shown that there exists a certain phase difference between interrogating laser fields, at which the shift of the central Ramsey resonance does not depend on the cell length in the cases of optically dense media of stationary and moving atoms. It is shown that under certain conditions different channels of pulsed excitation of coherent population trapping resonances can interfere, which manifests itself as a non-monotonic change in resonance amplitudes with an increase in the value of the applied magnetic field or the ellipticity parameter. A physical substantiation is proposed for the difference between the Stokes and anti-Stokes scattering channels of probe radiation when detecting resonances of electromagnetically induced transparency. It is shown that when observing the effect of electromagnetically induced transparency in cells of finite longitudinal dimensions without a buffer gas, additional transparency resonances can appear in the absorption spectrum of probe radiation. It is found that if the cell length is greater than or of the order of the wavelength of splitting of the ground state of atoms, the differences in the shape of resonances disappear when the type of reflection from the antirelaxation coatings of the end walls changes. The paper proposes methods for reducing the sensitivity of light shifts of CPT resonances to changes in the temperature of the atomic medium and the ellipticity of laser radiation, which may find potential applications in problems of improving the stability of quantum frequency standards. The discovered physical features of excitation of EIT resonances in gas cells without a buffer gas with antirelaxation wall coatings are of significant importance for describing the operation of the corresponding optical quantum memory devices.