Источник медленных атомов на основе конической магнитооптической ловушки

В настоящее время активно развивается область квантовых стандартов частоты на основе холодных атомов. Холодные атомы лежат в основе создания таких квантовых гравиметрических сенсоров, как атомные гравиметры, градиентометры и гироскопы. Одним из ключевых элементов данных сенсоров является источник медленных атомов, который должен обеспечивать достаточный поток охлаждённых атомов. Представлена разработка компактного источника медленных атомов рубидия Rb87 на основе конической магнитооптической ловушки, позволяющей значительно упростить оптическую схему в результате замены многолучевой системы одним коническим отражателем. Разработанный компактный источник используется в стандартах частоты фонтанного типа. Приведены схема, принцип работы, конструктивные особенности и экспериментальные характеристики разработанного источника. Представлены результаты исследования рабочих параметров источника и характеристики его выходного атомного пучка: расчётное число захваченных атомов в конической области ловушки; средняя скорость атомного потока; зависимость характеристик выходного атомного пучка от рабочих параметров ловушки. Приведённые характеристики демонстрируют возможность использования конической магнитооптической ловушки в качестве источника медленных атомов в современных стандартах частоты фонтанного типа и других атомных сенсорах.

1. Домнин Ю. С., Елкин Г. А., Новоселов А. В., Барышев В. Н., Копылов Л. Н., Малышев Ю. М., Пальчиков В. Г. Применение холодных атомов цезия в квантовых стандартах частоты. Квантовая электроника, 34(12), 1084–1095 (2004). https://doi.org/10.1070/QE2004v034n12ABEH002749 ; https://elibrary.ru/lihuun

2. Блинов И. Ю., Бойко А. И., Домнин Ю. С., Костромин В. П., Купалова О. В., Купалов Д. С. Бюджет неопределенностей цезиевого репера частоты фонтанного типа. Измерительная техника, (1), 23–27 (2017). https://elibrary.ru/xrywcb

3. Купалов Д. С., Барышев В. Н., Блинов И. Ю., Бойко А. И., Домнин Ю. С., Иванченко Е. В. Бюджет неопределённости рубидиевого репера частоты фонтанного типа: результаты предварительных исследований. Измерительная техника, (10), 28–33 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-10-28-33 ; https://elibrary.ru/ujofvg

4. Домнин Ю. С., Барышев В. Н., Бойко А. И., Елкин Г. А., Новоселов А. В., Копылов Л. Н., Купалов Д. С. Цезиевый репер частоты фонтанного типа МЦР-Ф2. Измерительная техника, (10), 26–30 (2012).https://elibrary.ru/pjcczb

5. Сутырин Д. В., Бердасов О. И., Антропов С. Ю., Грибов А. Ю., Балаев Р. И., Стельмашенко Е. Ф., Федорова Д. М., Малимон А. Н., Слюсарев С. Н. Оптический репер частоты для применения в национальной шкале времени. Квантовая электроника, 49(2), 199–204 (2019). https://elibrary.ru/vwdldl

6. Купалов Д. С., Барышев В. Н., Блинов И. Ю., Бойко А. И., Домнин Ю. С., Копылов Л. Н., Купалова О. В., Новоселов А. В., Хромов М. Н. Хранитель единиц времени и частоты на основе «фонтана» атомов рубидия. Альманах современной метрологии, (15), 31–41 (2018).https://elibrary.ru/xxrzwx

7. Павленко К. Ю., Блинов И. Ю., Купалов Д. С. Результаты первых метрологических испытаний комплекса аппаратуры рубидиевых реперов частоты фонтанного типа. Вестник метролога, (4), 4–6 (2018). https://elibrary.ru/wmgjas

8. Павленко К. Ю., Павленко Ю. К., Беляев А. А., Блинов И. Ю., Хромов М. Н., Биз С., Лорини Л. Создание первого в России хранителя частоты и времени на основе фонтана охлажденных атомов рубидия. Квантовая электроника, 48(10), 967–972 (2018). https://elibrary.ru/ymolzr

9. Slowe С., Vernac L. , Hau L. V. High fl ux source of cold rubidium atoms. Review of Scientific Instruments, 76(10), 103101 (2005). https://doi.org/10.1063/1.2069651

10. Park S. J., Noh J., Mun J. Cold atomic beam from a two-dimensional magneto-optical trap with two-color pushing laser beams. Optics Communications, 285(19), 3950–3954 (2012). https://doi.org/10.1016/j.optcom.2012.05.041

11. Chaudhuri S., Roy S ., Unnikrishnan C. S. Realization of an intense cold Rb atomic beam based on a two-dimensional magneto-optical trap: Experiments and comparison with simulations. Physical Review A, 74(2), 023406 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.74.023406

12. Wohlleben W., Chevy F., Madison K., Dalibard J. An atom faucet. The European Physical Journal D – Atomic, Molecular, Optical and Plasma Physics, 15(2), 237–244 (2001). https://doi.org/10.1007/s100530170171 ; https://elibrary.ru/atkfpf

13. Donley E. A., Heavner T. P., Jefferts S. R. Optical molasses loaded from a low-velocity intense source of atoms: an atom source for improved atomic fountains. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 54(5), 1905–1910 (2005). https://doi.org/10.1109/TIM.2005.853218

14. Ovchinnikov Yu. B. Compact magneto-optical sources of slow atoms. Optics Communications, 249(4-6), 473–481 (2005). https://doi.org/10.1016/j.optcom.2005.01.047 ; https://elibrary.ru/kgodub

15. Купалов Д. С., Алейникова Е. С. Исследование источника медленных атомов на основе магнитооптической ловушки для рубидиевого стандарта частоты фонтанного типа. Метрология времени и пространства: материалы VII Международного симпозиума, с. 46–47, Суздаль, Россия, 2014. https://elibrary.ru/tvfkoz

16. Lundblad N., Aveline D. C., Thompson R. J., Kohel J. M., Ramirez-Serrano J., Klipstein W. M., Enzer D. G., Yu. N., Maleki L. Two-species cold atomic beam. Journal of the Optical Society of America B, 21(1), 3–6 (2004). https://doi.org/10.1364/JOSAB.21.000003

17. Ravenhall S., Yuen B., Foot C. High-flux, adjustable, compact cold-atom source. Optics Express, 29(14), 21143–21159 (2021). https://doi.org/10.1364/OE.423662 ; https://elibrary.ru/erzdob

18. Lee K. I., Kim J. A., Noh H. R., Jhe W. Single-beam atom trap in a pyramidal and conical hollow mirror. Optics Letters, 21(15), 1177–1179 (1996). https://doi.org/10.1364/OL.21.001177 ; https://elibrary.ru/xrdyrb

19. Monroe C., Swann W., Robinson H., Wieman C. Very cold trapped atoms in a vapor cell. Physical Review Letters, 65, 1571 (1990). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.65.1571

20. Kohns P., Buch P., Suptitz W., Csambal C., Ertmer W. On-Line measurement of Sub-Doppler temperatures in a Rb magnetooptical trap-by-trap centre oscillations. Europhysics Letters, 22(7), 517–522 (1993). https://doi.org/10.1209/0295-5075/22/7/007

21. Kohel J. M., Ramirez-Serrano J., Thompson R. J., Maleki L., Bliss J. L., Kenneth G. Libbrecht Generation of an intense cold-atom beam from a pyramidal magneto-optical trap: experiment and simulation. Journal of the Optical Society of America B, 20(6), 1161–1168 (2003). https://doi.org/10.1364/JOSAB.20.001161