Разработка и исследование физических принципов прецизионной лазерной спектроскопии с использованием холодных атомов и ионов для оптических стандартов частоты и времени (оптических часов) 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. Развита физико-математическая модель, позволяющая описывать кинетику атомов в резонансном лазерном поле с полным учетом квантовых эффектов отдачи при взаимодействии с фотонами поля. Указанная модель позволила провести теоретические исследования лазерного охлаждения ансамбля атомов в поле, резонансном узкому оптическому переходу, т.е. в условиях, когда энергия отдачи в результате поглощения/излучения фотона поля Erec сопоставима с шириной оптического перехода либо больше, что отвечает существенной корреляции изменения внутренних и поступательных степеней свободы атомов. Такая ситуация характерна для реализации лазерного охлаждения ансамбля атомов Mg, Sr, Ca с использованием узкого часового перехода 1S0-3P1. Предложен и развит метод обобщенной автобалансной рамсеевской спектроскопии для подавления полевых сдвигов в ультрапрецизионных оптических стандартах частоты и времени на основе атомов и ионов. Измерен штарковский сдвиг интеркомбинационного перехода 1S0-3P1 при взаимодействии холодных атомов магния в магнитооптической ловушке с излучением на длине волны 532 нм. Сдвиг частоты составил порядка 300 Гц при интенсивности светового излучения на длине волны 532 нм, равной 104 Вт/см². Исследования проводились с целью определения «магической» длины волны и изучения оптической решетки для создания стандарта частоты на основе часового перехода 1S0 -3P1, являющейся ключевым элементом для реализации оптического стандарта частоты на основе нейтральных атомов. Проведены исследования с целью улучшения долговременной стабильности частоты оптического стандарта на основе холодных атомов магния, цикл работ по улучшению метрологических характеристик оптического стандарта частоты на основе одиночного иона иттербия, заключающихся в исследовании и подавлении влияния основных негативных факторов (спектральная чистота излучения используемых лазеров, ширина их линии излучения, интенсивность и пространственная стабильность излучения, влияние акустических и других помех) на наблюдаемую в экспериментах вероятность возбуждения квадрупольного перехода. Получена стабильная запись возбуждаемых резонансов с шириной 30 Гц, определяемой лишь временем взаимодействия светового поля с ионом.