О.Н. КОЗЛОВА , С.А. ЗИБРОВ , В.Л. ВЕЛИЧАНСКИЙ

О.Н. КОЗЛОВА1, С.А. ЗИБРОВ1,2, В.Л. ВЕЛИЧАНСКИЙ1,2
1Московский
инженерно-физический институт (государственный университет)
институт им. П.Н. Лебедева, РАН, Москва
2Физический
РЕЗОНАНСНЫЕ ЯЧЕЙКИ С ПАРАМИ АТОМОВ 87Rb
ДЛЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ АТОМНЫХ ЧАСОВ
Работа посвящена исследованию характеристик резонансов когерентного
пленения населенностей (КПН) в ячейках с папрами атомов 87Rb для
малогабаритных атомных часов. Проведено сравнение двух схем возбуждения
КПН-резонансов. Исследованы ячейки с парами атомов 87Rb с антиреласационным
покрытием стенок, содержащие буферный газ и содержащие комбинацию
буферного газа и покрытия.
87
Уровень поглощения на D1
линии Rb (F=1 - F`=2), о.е.
Одной из наиболее перспективных схем для создания таких часов
является схема, основанная на эффекте когерентного пленения
населённостей (КПН) [1].
Целью работы являлось исследование
влияния уменьшения размеров ячейки на
характеристики
КПН
резонанса,
сравнение двух схем возбуждения КПНрезонансов (σ-σ[2], lin||lin[3]), измерение
характеристик КПН-резонанса в ячейках
с антирелаксационным покрытием и
50 52 54 56 58 60 62 64 66 68
Температура, C
буферным газом, и оценка возможности
использования ячеек с покрытием в
Рис.1. Зависимость уровня
малогабаритных атомных часах.
поглощения от температуры ячейки
Исследовались ячейки различного
размера и формы: 1) две сферические
ячейки диаметром 15 и 9 мм с парафиновым покрытием стенок, с парами
рубидия, обогащенного изотопом 87Rb; 2) три
ячейки в виде дисков диаметром 10мм и
толщиной 2мм, содержащие естественную
смесь стабильных изотопов 85Rb (72%) и 87Rb
(28%): ячейка только с антирелаксационным
покрытием (АРП), ячейка с буферным газом
Ne (5 Торр Ne) (БГ), и ячейка с комбинацией
покрытия и 5 Торр буферного газа Ne Рис. 2. Форма КПН-резонанса
в ячейке с покрытием
(АРП+БГ). В сферической ячейке диаметром
15мм c покрытием определена температура
(62.50C) (рис.1) для максимальной концентрации атомов87Rb.
0
Контраст / Ширина, о.е.
В ячейках с покрытием наблюдалась сложная структура КПНрезонанса, состоящая из широкой подложки лоренцевской формы и
узкого пика лоренцевской формы (рис. 2).
В ячейке в виде диска, содержащей 5 торр Ne, сравнивались
характеристики КПН-резонансов в двух схемах возбуждения (σ-σ и
lin||lin). Как видно из зависимости
отношения контраст/ширина от падающей
на ячейку мощности (Рис.3), в области
малых мощностей (до 0.15 мВ) в σ-σ схеме
(a)
отношение контраст/ширина больше, то
есть в таком диапазоне мощностей σ-σ
схема является предпочтительной для
(б)
лучшей стабильности работы атомных
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Мощность, мВт
часов. Однако с ростом мощности
Рис. 3. Зависимость отношения
ситуация меняется на обратную.
контраст/ширина от мощности:
Оценка
возможности
улучшения
а – lin||lin, б – σ-σ схема
характеристик
КПН-резонанса
при
комбинации буферного газа и покрытия
проводилась в ячейках в виде дисков. Использовалась lin||lin схема.
Результаты (табл. 1) показывают, что заметного улучшения характеристик
КПН-резонанса в ячейке с комбинацией буферного газа и покрытия не
происходит. По результатам проведенной работы принято решение
использовать lin||lin схему в ячейках с антирелаксационным покрытием.
Тип ячейки
АРП+БГ
АРП
БГ
Контраст при
мощности 1мВт
3.2%
2.3%
2.3%
Таблица 1
Ширина при экстраполяции
мощности к нулю
4 кГц
2.6 кГц
4 кГц
Список литературы
1. Arimondo E. Coherent population trapping in laser spectroscopy.//Progress in Optics, 35,
pp. 257-354 (1996).
2. S.Knappe, P.D.D.Schwindt, V.Shah, L.Hollberg, J.Kitching, A chip-scale atomic clock based
on 87Rb with improved frequency stability.//OPTICS EXPRESS, Vol. 13, No. 4, p. 1249, 2005
3. Taichenachev A.V., Yudin V.I., Velichansky V.L., Zibrov S.A. On the unique possibility
to increase significantly the contrast of dark resonances on D1-line of 87Rb.// JETP Letters, 82/7,
pp. 449-454, (2005).