Разработка и исследование физических принципов спектроскопии сверхвысокого разрешения и лазерного охлаждения атомов и ионов для оптических стандартов частоты нового поколения

Цель: улучшение метрологических характеристик оптических стандартов частоты на основе ультрахолодных атомов и ионов. Для решения этой задачи модернизируются существующие и разрабатываются новые методы прецизионной лазерной спектроскопии и лазерного охлаждения атомов ионов. Экспериментальные исследования направлены на разработку и создание стандартов частоты на основе ультрахолодных атомов магния и иона иттербия с относительной погрешностью на уровне 10Е-17 – 10Е-16, что представляет большой интерес для различных приложений. Разработан новый универсальный спектроскопический метод для радикального подавления полевых сдвигов в любых атомных часах, основанных на рамсеевской спектроскопии в разнесенных по времени импульсах пробного поля. Проведен детальный теоретический анализ стабилизации атомных часов, основанных на эффекте когерентного пленения населенностей, с использованием гармонической частотной модуляции. Сформулированы количественные критерии квазистационарного (адиабатического) и динамического (неадиабатического) режимов такой частотной модуляции, и проведена оптимизация наклона сигнала ошибки. Получено аналитическое решение базовой задачи для спектроскопии атомов, находящихся под действием периодической последовательности прямоугольных импульсов резонансного лазерного поля, которая является предельным случаем рамсеевской спектроскопии. Аналитически и численно исследована динамика световых импульсов с амплитудно и фазовой модуляцией при распространении в резонансной среде двухуровневых атомов. На основе полностью квантового описания рассмотрена работа магнитооптической ловушки для атомов магния на замкнутом переходе 3P2 - 3D3 (длина волны 383,8 нм) в поле эллиптически поляризованных пучков. Проведены исследования глубокого охлаждения атомов магния в МОЛ, показано, что при использовании световых полей со слабо эллиптической поляризацией возможно субдоплеровское охлаждение на переходе 3P2 - 3D3 до температуры порядка 100 мкК. Проведены предварительные исследования стабильности излучения оптического стандарта частоты на основе холодных атомов магния в МОЛ. Создан непрерывный перестраиваемый одночастотный источник излучения на длине волны 383 нм c выходной мощностью 30 мВт. Источник создан на основе полупроводникового лазера с последующим усилением в полупроводниковом усилителе и удвоении его частоты в нелинейном кристалле BIBO.