РАЗРАБОТКА НОВЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ И МЕТОДОВ ВЫСОКОПРЕЦИЗИОННОЙ ЛАЗЕРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ НА ОСНОВЕ УЛЬТРАХОЛОДНЫХ АТОМОВ И ИОНОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЧАСОВ С ДОЛГОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТЬЮ ЧАСТОТЫ НА УРОВНЕ 10Е-17-10Е-19

Отчет 49 с., 1 кн., 18 рис., 25 источников, 1 прил. ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ, ОПТИЧЕСКИЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ, ЛАЗЕРНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ АТОМОВ И ИОНОВ, МАГНИТООПТИЧЕСКАЯ ЛОВУШКА, РАДИОЧАСТОТНАЯ ЛОВУШКА, ОПТИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА, ЗАПРЕЩЕННЫЕ ПЕРЕХОДЫ, ВОЛОКОННЫЙ ФЕМТОСЕКУНДНЫЙ СИНТЕЗАТОР Объектом исследования являются ультрахолодные атомы и ионы в оптических и электромагнитных ловушках, взаимодействующие с лазерным полем. Цель исследований  теоретическое и экспериментальное развитие методов нелинейной лазерной спектроскопии направленных на улучшение характеристик стабильности оптических стандартов частоты на основе ультрахолодных атомов и ионов до уровня 10Е-17−10Е−19. Рассмотрена задача лазерного охлаждения иона в радиочастотной ловушке в рамках квантового кинетического уравнения для атомной матрицы плотности атомов взаимодействующих с резонансным лазерным полем в радиочастотной ловушке. Получены выражения, позволяющие определить требуемые для «эффективного охлаждения» параметры полей для произвольных ионных систем в режиме Лэмба-Дике. В оптическом стандарте частоты на ионе иттербия экспериментально реализован метод кросс-корреляции для детектирования и компенсации избыточного микродвижения иона и минимизации, связанных с ним систематических сдвигов частоты стандарта. Для сбора и счёта фотонов флуоресцении был разработан и использован детектор на базе микроконтроллера STM32. Достигнута точность определения положения иона не хуже 20 нм, что гарантирует режим Лэмба-Дике для локализованного иона. Исследован сдвиг частоты, который может возникать в оптическом стандарте на запрещенном интеркомбинационном переходе 1S0 - 3P0 атома Mg и др., из-за некоторой малой неконтролируемой эллиптичности пробного поля. Показано, что применительно к Раби спектроскопии с одиночным π-импульсом сдвиг может превышать уровень 10Е-18. Для стандарта частоты на атомах Mg выполнялись экспериментальные исследования по разработке и совершенствованию лазерных систем для субдоплеровского охлаждения атомов магния и высокостабильного «часового» лазера с шириной линии менее 10 Гц. Выполнялись экспериментальные исследования по созданию мобильных волоконных фемтосекундных синтезаторов частот для переноса стабильности оптической частоты в радиодиапазон, что требуется для различных приложений.