Лазерно-оптическая система атомного интерферометра на холодных атомах рубидия

Представлены результаты разработки лазерно-оптической системы для атомного интерферометра на основе атомов рубидия, охлаждённых до субдоплеровских температур. Создаваемый с использованием квантовых технологий атомный интерферометр на холодных атомах рубидия предназначен для прецизионного измерения абсолютного значения ускорения свободного падения. Лазерно-оптическая система – ключевая часть атомного интерферометра – должна обеспечивать процессы охлаждения, перекачки и детектирования атомов, которые взаимодействуют с оптическим излучением. В систему входят частотно-удвоенные волоконные лазеры и широкополосные волоконные электрооптические модуляторы. Выбор волоконных лазеров обусловлен их высокой эффективностью, узкой спектральной линией, низким уровнем фазовых шумов, а также простотой в эксплуатации и надёжностью. Частоты лазеров стабилизированы методом спектроскопии с переносом модуляции и методом привязки частоты лазера по оптической фазе. Описаны экспериментальные схемы, позволяющие получать мультихроматическое излучение и минимизировать спонтанное рассеяние за счёт отстройки частоты лазера от возбуждённых уровней. Конструкция лазерно-оптической системы обеспечивает полный набор оптических частот, необходимых для рамановской спектроскопии. Исследованы амплитуды флуктуаций частот охлаждающего и перекачивающего лазеров. Показано, что реализованная лазерно-оптическая система может обеспечить непрерывную работу атомного интерферометра на основе облаков холодных атомов рубидия. Оценён фундаментальный предел чувствительности атомного интерферометра.

1. Fang J. et al. Classical and Atomic Gravimetry. Remote Sensing, 16(14), 2634 (2024). https://doi.org/10.3390/rs16142634

2. Виноградов В. А., Карпов К. А., Турлапов А. В. Квантовые гравиметры на ультрахолодных атомах. Альманах современной метрологии, (4(24)), 3 64–376 (2020). https://www.elibrary.ru/bhaegr

3. Алейников М. С., Барышев В. Н., Блинов И. Ю., Купалов Д. С., Осипенко Г. В. Перспективы разработки чувствительного атомного интерферометра на холодных атомах рубидия. Измерительная техника, (7), 9–12 (2020). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-7-9-12

4. Kasevich M., Chu S. Atomic interferometry using stimulated Raman transitions. Physical Review Letters, 67(2), 181–184 (1991). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.181

5. McCarron D. J., King S. A., Cornish S. L. Modulation transfer spectroscopy in atomic rubidium. Measurement Science and Technology, 19(10), 105601 (2008). https://doi.org/10.1088/0957-0233/19/10/105601

6. Stace T., Luiten A. N., Kovacich R. P. Laser offset-frequency locking using a frequency-to-voltage converter. Measurement Science and Technology, 9(9), 1635 (1998). https://doi.org/10.1088/0957-0233/9/9/038

7. Осипенко Г. В., Алейников М. С., Суховерская А. Г. Стабилизация частоты лазера с отстройкой от атомного перехода методом спектроскопии с переносом модуляции. Измерительная техника, 73(1), 4–7 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-1-4-7

8. Steck Daniel A. Rubidium 87 D Line Data, available at: http://steck.us/alkalidata (revision 2.3.3, 28 May 2024).

9. Louchet-Chauvet A. et al. The influence of transverse motion within an atomic gravimeter. New Journal of Physics, 13(6), 065025 (2011). https://doi.org/10.1088/1367-2630/13/6/065025

10. Le Gouët J. et al. Limits to the sensitivity of a low noise compact atomic gravimeter. Applied Physics B, 92, 133–144 (2008). https://doi.org/10.1007/s00340-008-3088-1