Когерентные и нелинейные явления в однородных и структурированных средах и в элементах фотоники при взаимодействии с интенсивным лазерным излучением и пучками заряженных частиц

Настоящий отчет является итоговым за 2020 год по Госзаданию № 0306-2019-0020 «Когерентные и нелинейные явления в однородных и структурированных средах и в элементах фотоники при взаимодействии с интенсивным лазерным излучением и пучками заряженных частиц». Проводились экспериментальные исследования: деполяризующих столкновений (раздел 1.1); структур с квантовыми ямами (раздел 1.2); взаимодействия холодных ридберговских атомов (раздел 2.1); нелинейно-оптического преобразования в фотоинтегрированных структурах (раздел 2.3); магнитных резонансов NV-центров в алмазах (раздел 2.4); квантовых коммуникаций с одиночными фотонами в атмосферных и оптоволоконных линиях связи (раздел 2.5); методов получения УФ и ВУФ генерации на самоограниченных переходах атомов и Al0.74Ga0.26N/AlN/Al2O3 структур (раздел 3.1); фотохимических реакций для разделения изотопов (раздел 3.2); генерации пучков заряженных частиц (раздел 3.3). В результате исследования впервые были созданы: методика исследования релаксации моментов поляризации уровня 3P1 (1.1); методика тестирования оптических затворов в интенсивном поле излучения (1.2); массив оптических дипольных ловушек для захвата атомов Rb (2.1); новый макет генератора квантового ключа (2.5); схемы импульсных лазеров на ионах Ba+ и Hg+ с частотой следования импульсов до 200 кГц и повышенной эффективностью генерации и перестраиваемая в контуре усиления лазерная генерация в диапазоне 420–590нм (3.1); методика селективного возбуждения изотопов цинка (3.2); схемы генераторов пучков заряженных частиц и устройств генерации холодной плазменной струи (3.3). Впервые показано, что: разрушение моментов поляризации уровня 3P1 наиболее эффективно при большой массе буферного атома (1.1); затвор для компактного фемтосекундного лазера может быть создан на базе связанных квантовых ям (1.2); может быть реализована схема симметричной двухкубитовой квантовой операции, нечувствительная к температуре атомов в оптических дипольных ловушках (2.1); теория формы атомных резонансов требует учета собственного спонтанного излучения (2.2); эффективность нелинейного преобразования имеет аномалию при зеленой засветке (2.3); спектр алмазов с NV-центрами зависит от микроструктурирования поверхности (2.4); возможна генераци генераци генераци генераци генераци генераци генераци я квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших квантовых ключей больших размеров размеров размеров размеров размеров (2.5); на базе AlxGa1-xN структур можно создать лазеры от УФ до ближнего ИК диапазона (3.1); возможно селективное возбуждение изотопа цинка (3.2); возможна реализация быстродействующих коммутаторов на основе открытого разряда (3.3). Результаты исследований могут быть применены для: исследования столкновений атомов (1.1); разработки оптических затворов (1.2); применения холодных атомов в квантовой информатике (2.1); в нелинейной лазерной спектроскопии (2.2); разработке эффективных нелинейных элементов (2.3); исследования магнитных резонансов на спиновых подуровнях NV-центров алмазов (2.4); разработки широкополосных источников излучения (3.1); разделения изотопов цинка (3.2); создания новых типов эффективных коммутаторов наносекундного диапазона для источников питания лазеров на самоограниченных переходов атомов и ионов с улучшенными энергетическими параметрами (3.1; 3.3). Важнейший фундаментальный результат по проекту 2020 года – реализация захвата одиночных атомов Rb в оптическую дипольную ловушку.