Локализация атомов в поле лазерных фемтоимпульсов

Лазерное охлаждение и локализация нейтральных атомов нашли широкое применение в передовых областях науки, таких как квантовая информатика и квантовая сенсорика. Локализация атомов открывает путь к изучению ряда фундаментальных аспектов, таких как изучение физики многих тел с использованием квантовых симуляторов и исследование квантовых газов. Однако на данный момент лазерное охлаждение и локализация нейтральных атомов были осуществлены только для 26 элементов. Для проведения различных фундаментальных исследований и практических применений требуется расширение списка элементов, которые могут быть охлаждены и локализованы оптическими полями. В первую очередь интересно и практически значимо произвести локализацию и охлаждение таких атомов как углерод, кислород и азот, используемых в органической химии, а также атомов водорода и анти-водорода, которые могут быть использованы для фундаментальных исследований. Перечисленные элементы имеют линии поглощения, с помощью которых можно произвести их лазерное охлаждение и локализацию, находящиеся в ультрафиолетовой области спектра, в которой отсутствуют эффективные источники лазерного излучения. Поэтому на данный момент времени, основным рассматриваемым подходом к охлаждению и локализации атомов с помощью излучения ультрафиолетового диапазона является использование излучения импульсных лазерных источников, а особенно импульсных источников фемтосекундной длительности импульса. Благодаря высокой пиковой интенсивности импульса, фемтосекундное излучение может быть эффективно преобразовано в излучение ультрафиолетового диапазона за счет нелинейных эффектов (генерация гармоник высших порядков). Использование импульсного лазерного излучения позволит не только расширить список атомов, которые могут быть охлаждены и локализованы, но и открывает новые возможности для работы с атомами методики охлаждения и локализации которых уже развиты. В работе впервые представлена реализация фемтосекундной импульсной оптической дипольной ловушки. Минимальная длительность лазерного импульса, при котором наблюдалась локализация составила значение 70 фс. Основные процессы потерь атомов из оптической дипольной ловушки изучены теоретически и экспериментально. Проведённые исследования показывают, что основным фактором, ограничивающим время жизни атомов, является диффузия импульса из-за флуктуаций дипольной силы, зависящая от пиковой интенсивности локализующего излучения. В работе был предложен и экспериментально реализован метод для увеличения времени жизни атомов в импульсной дипольной ловушке, заключающийся в использовании ячейки с насыщенными парами рубидия для спектрально селективной фильтрации локализующего лазерного излучения.