Романенко Віктор Іванович. Керування рухом атомів та молекул когерентними та частково когерентними світловими полями : дис... д-ра фіз.-мат. наук: 01.04.05 / НАН України; Інститут фізики. — К., 2007. — 374акр. — Бібліогр.: арк. 334-362.
Анотація до роботи:
Романенко В. І. Керування рухом атомів та молекул когерентними та частково когерентними світловими полями. —Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 – оптика, лазерна фізика. — Інститут фізики НАН України, Київ, 2007.
У дисертації досліджується проблема керування рухом атомів і молекул когерентними й частково когерентними світловими полями. Розглядається вплив відстроювання частот від резонансу, флуктуації фази й амплітуди на перенесення населеності з основного до бажаного стану за допомогою стимульованого раманового адіабатичного проходження. Запропоновано новий метод двофотонного збудження водню в метастабільний стан 2s двома лазерними полями. Досліджено схеми взаємодії атома зі світлом, що забезпечують передачу атому імпульсу, кратному імпульсу фотона. Аналізуються схеми взаємодії із зустрічними хвилями (частотно-модульовані, біхроматичні, короткі зустрічні імпульси, хвилі зі флуктуючою фазою чи амплітудою), що забезпечують велику, порівняно з силою, що діє на атом у полі біжучої хвилі, силу світлового тиску. Розглянуто розсіювання атомів полем двох зустрічних імпульсів.
У дисертаційній роботі подано результати вивчення управління внутрішніми та поступальними степенями свободи атомів і молекул когерентними та частково когерентними світловими полями. Розв’язано наукова проблема керування рухом атомів та молекул когерентними та частково когерентними світловими полями. У процесі розв’язання цієї проблеми вперше запропоновано метод дискретної передачі атому чи молекулі заданого імпульсу, кратному імпульсу фотона, у процесі взаємодії атома чи молекули з двома зустрічними світловими імпульсами. Запропоновано також нові схеми взаємодії атомів із зустрічними хвилями, які призводять до сили світлового тиску, яка не має обмеження зверху і дає змогу передавати значний імпульс атомам. Зроблено суттєвий внесок в теорію стимульованого раманового адіабатичного проходження та “темних” резонансів, зокрема, вперше вивчено вплив на СТИРАП флуктуацій фази й амплітуди. Запропоновано нову схему двофотонного збудження атомів у високоенергетичний стан, яка дозволяє значно зменшити втрати на іонізацію атома у цьому процесі. Показано, що приготування когерентної суперпозиції атомів в основному і збудженому станах полем біжучої хвилі призводить до асиметрії їх розсіювання полем стоячої хвилі.
Основні результати дисертаційної роботи можна сформулювати так:
Уперше розроблено теорію стимульованого раманового адіабатичного проходження (СТИРАП), що описує залежність імовірності перенесення населеності між двома станами атома чи молекули від одного з ключових параметрів — відстроювання несучих частот світлових імпульсів від двофотонного резонансу. Показано, що для тривалої, порівняно з часом спонтанного випромінювання зі збудженого стану, взаємодії атома з полем ширина двофотонної лінії, що описує чутливість процесу СТИРАП до відстроювання несучих частот світлових імпульсів від двофотонного резонансу, пропорційна добутку максимального середньоквадратичного значення частот Рабі світлових імпульсів на квадратний корінь з відношення часу життя атома в збудженому (проміжному) стані до часу його одночасної взаємодії з полем обох лазерних імпульсів.
Уперше побудовано теорію, що описує вплив на СТИРАП флуктуацій фаз полів світлових імпульсів, що діють на атом, і знайдено фундаментальні обмеження, які флуктуації фаз накладають на імовірність перенесення населеності. Показано, що флуктуації фаз призводять до зсуву максимуму залежності імовірності перенесення населеності від двофотонного відстроювання відносно двофотонного резонансу. Кореляція фаз полів світлових імпульсів, коли фаза одного з них повторює з певною затримкою фазу іншого, призводить до осцилюючої залежності імовірності перенесення населеності від інтенсивності світлових імпульсів.
Уперше побудовано теорію СТИРАП у полях з модульованою амплітудою. Показано, що періодична модуляція амплітуди світлових імпульсів у випадку їх короткої, порівняно з часом життя атома у збудженому стані, тривалості практично не впливає на імовірність перенесення населеності у процесі СТИРАП, якщо частота модуляції перевищує певну критичну, порядку максимальної частоти Рабі, величину. Якщо ж модуляція амплітуди діючих на атом світлових імпульсів є стохастичною, перенесення населеності між двома станами атомів чи молекул у процесі СТИРАП з близькою до 100% імовірністю можливе, якщо флуктуації поля імпульсу накачки повторюють флуктуації поля стоксового імпульсу із затримкою, значно меншою часу кореляції флуктуацій.
Уперше показано, що комбінація відомого способу двофотонного збудження атома, викликаного швидким адіабатичним проходженням резонансу завдяки допоміжному “штарківському” імпульсу, який призводить до змінного в часі зсуву енергетичних рівнів атома та світлового імпульсу з несучою частотою, що задовольняє умові резонансу для двофотонного переходу зі збудженого стану в один із інших станів атома через континуум станів і, в зв’язку з цим, призводить до відомого ефекту пригнічення іонізації збудженого стану імпульсом накачки, дозволяє значно збільшити ефективність двофотонного збудження за рахунок зменшення втрат на іонізацію атома імпульсом накачки. Як допоміжний імпульс, що призводить до пригнічення іонізації, можна використати “штарківський” імпульс, належним чином обравши його несучу частоту. Розрахунки проведено на прикладі двофотонного збудження атома водню з вибором несучої частоти “штарківського” світлового імпульсу таким чином, щоб виконувалася умова двофотонного резонансу для переходу 2s5s через континуум станів водню, зумовленого імпульсом накачки і “штарківським” імпульсом.
Уперше виявлено, що взаємодія атома з полем зустрічних світлових імпульсів з різною несучою частотою, що частково перекриваються у часі, за умови тривалої порівняно з оберненою величиною характерного значення частот Рабі цих імпульсів взаємодії атома з полем, призводить до зміни його імпульсу на величину, кратну імпульсу фотона з переходом атома у збуджений стан чи без зміни його стану.
Уперше досліджено залежність сили світлового тиску, що діє на атом у полі зустрічних амплітудно-модульованих хвиль, від швидкості атома. Зокрема, показано, що сила світлового тиску, яка діє на атом в полі послідовностей коротких зустрічних світлових імпульсів з відмінною від площею, осцилює зі зміною швидкості. Ці осциляції нівелюються у полі імпульсів з випадковими фазами, що істотно зменшує час зміни швидкості атома на бажану величину. Для біхроматичного поля двох стоячих хвиль однакової інтенсивності залежність сили від швидкості знакостала на інтервалі, пропорційному різниці частот цих хвиль, що робить цю схему взаємодії атома з полем зручною для практичних застосувань. Взаємодія атома з полем двох стоячих хвиль різної інтенсивності при належному виборі відстроювання частот цих хвиль від частоти атомного переходу та зсуву фаз між ними призводить до формування сили світлового тиску, що “охолоджує” атоми.
Уперше показано, що сила світлового тиску в полі зустрічних частотно-модульованих хвиль може значно перевищувати максимальну силу світлового тиску в полі однієї біжучої хвилі.
Уперше доведено, що досягнення великої, порівняно з максимальною силою світлового тиску в полі біжучої хвилі, сили, що діє на атом у полі зустрічних амплітудно- чи частотно-модульованих хвиль, можливе і у випадку стохастичних амплітуд чи фаз полів цих хвиль, якщо поле однієї з хвиль повторює поле іншої з часовою затримкою. Цей результат дозволяє прогнозувати можливість ефективного керування рухом атомів полем потужних багатомодових лазерів. Також показано, що велика сила світлового тиску може бути досягнута у випадку двох зустрічних хвиль, коли одна з них монохроматична, а фаза іншої флуктує. У цьому разі належний вибір відстроювання частот хвиль від резонансу з частотою атомного переходу дозволяє формувати моноенергетичний пучок повільних атомів.
Уперше показано, що у формуванні діаграми розсіювання атомів двома зустрічними світловими імпульсами, що частково перекриваються у часі, ключову роль грає формування когерентної суперпозиції основного та збудженого станів атома у процесі взаємодії атомів з полем одного із світлових імпульсів, що передує їх взаємодії з полем обох імпульсів. Розсіювання атомів, що перебувають у суперпозиції основного і збудженого станів, характеризується асиметрією, величина і знак якої осцилюють зі зміною відстроювання несучої частоти імпульсів від резонансу з частотою атомного переходу.
Публікації автора:
Войцехович В.С., Данилейко М.В., Негрийко А.М., Романенко В.И., Яценко Л.П. Давление света на атомы во встречных амплитудно-модулированных волнах // ЖТФ — 1988. — Т. 58. — Вып. 6. — С. 1174–1176.
Войцехович В.С., Данилейко М.В., Негрийко А.М., Романенко В.И., Яценко Л.П. Наблюдение стимулированного светового давления амплитудно-модулированного излучения на атомы // Письма в ЖЭТФ — 1989. — Т. 49. — Вып. 3. — С. 138–140.
Войцехович В.С., Данилейко М.В., Негрийко А.М., Романенко В.И., Яценко Л.П. Вынужденное световое давление на атомы во встречных амплитудно-модулированных волнах // ЖЭТФ — 1991. — Т. 99. — Вып. 2. — С. 393–410.
Войцехович В.С., Данилейко М.В., Негрийко А.М., Романенко В.И., Яценко Л.П. Давление света на атомы в поле частотно-модулированных волн // УФЖ — 1991. — Т. 36. — № 2. — С. 192–197.
Войцехович В.С., Данилейко М.В., Негрийко А.М., Романенко В.И., Яценко Л.П. Давление света на атомы в поле двух встречных амплитудно-модулированных волн // УФЖ — 1991. — Т. 36. — № 7. — С. 1042–1046.
Войцехович В.С., Данилейко М.В., Негрийко А.М., Романенко В.И., Яценко Л.П. Давление света на атомы в поле резонансных атомному переходу встречных амплитудно- и частотно-модулированных волн // Квантовая электроника — 1991. — Т. 18. — Вып. 9. — С. 1100–1102.
Danileiko M.V., Romanenko V.I., Yatsenko L.P. Landau-Zener transitions and population transfer in a three-level system driven by two delayed laser pulses // Optics Communications — 1994. — V. 109. — N 5–6. — P. 462–466.
Романенко В.И., Яценко Л.П. Асимметрия амплитуды рассеяния атомов в поле коротких встречных световых импульсов // Письма в ЖЭТФ — 1996. — Т. 63. — Вып. 12. — С. 920–923.
Romanenko V.I., Yatsenko L.P. Adiabatic population transfer in the three-level -system: two-photon lineshape // Optics Communications — 1997. — V. 140. — N 4. — P. 231–236.
Yatsenko L.P., Shore B.W., Bergmann K., Romanenko V.I. Stimulated Raman adiabatic passage with amplitude modulated fields // Eur. Phys. J. D — 1998. — V. 4. — N. 1. — P. 47–56.
Романенко В.И., Яценко Л.П. Рассеяние атомов в поле встречных световых волн. Влияние начальных условий // ЖЭТФ — 1998. — Т. 113. — Вып. 2. — С. 563–572.
Романенко В.И., Яценко Л.П. Рассеяние атомов в бихроматическом поле встречных световых импульсов // ЖЭТФ — 2000. — Т. 117. — Вып. 3. — С. 467–475.
Cashen M., Rivoire O., Romanenko, L. Yatsenko V., Metcalf H. Strong optical forces in frequency-modulated light // Phys. Rev. A — 2001. — V. 64. — N 6. — 63411.
Yatsenko L.P., Romanenko V.I., Shore B.W., Bergmann K. Stimulated Raman adiabatic passage with partially coherent laser fields // Phys. Rev. A — 2002. — V. 65. — N 4. — 43409.
Романенко В.І., Яценко Л.П. Бергманн К. Стимульоване раманове адіабатичне проходження і “темні” резонанси у відкритій трирівневій -системі // УФЖ — 2003. — Т. 48. — № 6. — С. 533–543.
Орап О.Р., Романенко В.І., Яценко Л.П. Тиск світла на атоми у полі зустрічних світлових хвиль з гармонічною та стохастичною модуляцією фази // УФЖ — 2003. — Т. 48. — № 3. — С. 211–222.
Romanenko V.I. Light pressure on atoms in the field of counter-propagating trains of short light pulses // Ukr. J. Phys. — 2004. — V. 49. — № 1. — С. 26–33.
Романенко В.И., Яценко Л.П. Когерентный перенос импульса при взаимодействии трехуровневых атомов со встречными лазерными импульсами // ЖЭТФ — 2005. — Т. 127. — № 2. — С. 273–288.
Yatsenko L.P. , Romanenko V.I., Shore B. W., Halfmann T., Bergmann K. Two-photon excitation of the metastable 2s state of hydrogen assisted by laser-induced chirped Stark shifts and continuum structure // Phys. Rev. A — 2005. — V. 71. — № 3. — 33418.
Романенко В.І. Тиск світла на атоми у полі зустрічних хвиль зі стохастичною амплітудою // УФЖ — 2005. — Т. 50. — № 5. — С. 438–441.
Романенко В.И., Яценко Л.П. Стимулированное рамановское адиабатическое прохождение в полях со стохастической амплитудой // ЖЭТФ — 2005. — Т. 128. — Вып. 5. — 913–921.
Romanenko V.I., Shore B.W., Yatsenko L.P. Forces exerted on atoms by stochastic laser fields // Optics Communications — 2006. — V. 268. — N 1. — P. 121–132.
Романенко В.І. Стимульоване раманівське адіабатичне проходження в полях з флуктуючою фазою // УФЖ — 2006. — Т. 51. — № 11–12. — С. 1054–1062.
Romanenko V.I., Yatsenko L.P. Light pressure exerted on atoms in stochastic laser fields // Proceedings of SPIE. — 2006. — V. 6256 (ICONO 2005: Ultrafast Phenomena and Physics of Superintense Laser Fields), 62560V.
Войцехович В.С., Данилейко М.В., Негрийко А.М., Романенко В.И., Яценко Л.П. Исследование действия вынужденного светового давления на атомные частицы // Тезисы XIV международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (КиНО’91). — Ленинград, 1991. — С. 154.
Voitsekhovich V.S., Danileiko M.V., Negriiko A.M., Romanenko V.I., Yatsenko L.P. Stimulated light force on atoms and molecules in amplitude modulated counter-propagating waves // Proc. International conference “Physics in Ukraine”. — Kiev, 1993. — P. 267–269.
Voitsekhovich V.S., Danileiko M.V., Negriiko A.M., Romanenko V.I., Yatsenko L.P. Stimulated light force on atoms and molecules in amplitude modulated counter-propagating waves // Summaries of papers presented at the International Quantum Electronics Conference. — Anaheim (California, USA), 1994. — V. 9, P. 217–218.
Romanenko V.I., Yatsenko L.P. Bergmann K. Stimulated Raman adiabatic passage and “dark” resonances in an open three-level -system // Proc. XVI International school-seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”. — Sevastopol, 2003. — P. 80.
Romanenko V.I.,Yatsenko L.P. Light pressure exerted on atoms in stochastic laser fields // ICONO/LAT 2005 Technical Digest on CD-ROM. — St. Petersburg 2005, ISuR6.
Romanenko V.I., Yatsenko L.P. Stimulated Raman adiabatic passage in the fields with stochastic amplitude Proc. 17-th International School-Seminar “Spectroscopy of Molecules and Crystals”. — Beregove, the Crimea, 2005, P. 299.
Romanenko V.I. Stimulated Raman adiabatic passage in phase-fluctuating fields // Book of abstracts of “III International Conference on Hydrogen Bonding and Molecular Interactions”, — Kyiv 2006, P. 140.
