УДК: 535

Гигантское возрастание вероятностей атомных переходов D2 линии Cs в сильных магнитных полях при селективном отражении

Саргсян А.Д., Амирян А.О., Леруа К., Вартанян Т.А., Петров П.А., Саркисян Д.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Саргсян А.Д., Амирян А.О., Леруа К., Вартанян Т.А., Петров П.А., Саркисян Д.А. Гигантское возрастание вероятностей атомных переходов D2 линии Cs в сильных магнитных полях при селективном отражении // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 11. С. 11–16.

Sargsyan A.D., Amiryan A.O., Leroy K., Vartanyan T.A., Petrov P.A., Sarkisyan D.A. Extreme increase in atomic transition probability of the Cs D2 line in strong magnetic fields under selective reflection [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2016. V. 83. № 11. P. 11–16.

Ссылка на англоязычную версию:

A. D. Sargsyan, A. O. Amiryan, C. Leroy, T. A. Vartanyan, P. A. Petrov, and D. A. Sarkisyan, "Extreme increase in atomic transition probability of the Cs D₂ line in strong magnetic fields under selective reflection," Journal of Optical Technology. 83(11), 654-658 (2016). https://doi.org/10.1364/JOT.83.000654

Аннотация:

Селективное отражение лазерного излучения с длиной волны 852 нм от границы паров цезия и сапфирового окна микроячейки толщиной 30 мкм использовано для регистрации гигантского возрастания вероятностей атомных переходов Fg = 3 → Fe = 5, относящихся к линии D2 атомов Cs, в магнитных полях с индукцией в интервале от 300 до 3200 Гс. Продемонстрировано формирование группы из семи переходов Fg = 3, mF = –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 → Fe = 5, mF = –2, –1, 0, +1, +2, +3, +4 в соответствии с правилами отбора ΔmF = +1 для циркулярно-поляризованного излучения σ+. В магнитных полях 500–1000 Гс вероятности этих семи переходов сильно возрастают, причем вероятности трех из них превосходят вероятности всех остальных переходов, которые начинаются с уровня Fg = 3. В магнитных полях с индукцией выше 3000 Гс эта группа, состоящая из семи переходов и расположенная на высокочастотном крыле спектра, полностью отделяется от группы переходов Fg = 3 → Fe = 4. Сравнение частотного положения и вероятностей этих семи атомных переходов Fg = 3 → Fe = 5 показывают хорошее согласие эксперимента с расчетами. Обсуждаются возможные практические применения этих переходов.

Ключевые слова:

селективное отражение, магнитное поле, микроячейка, запрещенные переходы, атомы цезия

Благодарность:

Авторы благодарят А.С. Саркисяна за изготовление микроячейки, а также А. Папояна и Г. Ахумяна за полезные обсуждения. Исследование выполнено в рамках ГКН МОН РА, проекта № 15Т-1C040 совместного российско-армянского гранта 15 RF-024 и РФФИ 15-52-05030 и в рамках Международный Ассоциированной Лаборатории IRMAS (CNRS-France & SCS-Armenia). Т.А. Вартанян являтеся исполнителем государственного задания 2014/190.

Коды OCIS: 020.0020, 300.6210

Список источников:

1. Budker D., Gawlik W., Kimball D., Rochester S.R., Yaschuk V.V., Weis A. Resonant nonlinear magneto-optical effects in atoms // Rev. Mod. Phys. 2002. V. 74. P. 1153–1204.
2. Auzinsh M., Budker D., and Rochester S.M. Optically рolarized atoms: Understanding light-atom interactions. Oxford: Oxford Univ. Press, 2010.
3. Zentile M.A., Whiting D.J., Keaveney J., Adams Ch.S., Hughes I.G. Atomic Faraday filter with equivalent noise bandwidth less than 1 GHz // Opt. Lett. 2015. V. 40. № 9. P. 2000–2003.
4. Sargsyan A., Tonoyan A., Mirzoyan R., Sarkisyan D., Wojciechowski A., Gawlik W. Saturated-absorption spectroscopy revisited: atomic transitions in strong magnetic fields (> 20 mT) with a micrometer-thin cell // Opt. Lett. 2014. V. 39. P. 2270–2273.
5. Aleksandrov E.B., Chaika M.P., Khvostenko G.I. Interference of atomic states. Berlin: Springer-Verlag, 1993.
6. Hakhumyan G., Leroy C., Mirzoyan R., Pashayan-Leroy Y., and Sarkisyan D. Study of “forbidden” atomic transitions on D2 line using Rb nano-cell placed in external magnetic field // Eur. J. Phys. D. 2012. V. 66. № 5. Р. 119–125.
7. Sargsyan A., Hakhumyan G., Leroy C., Pashayan-Leroy Y., Papoyan A., Sarkisyan D., Auzinsh M. Hyperfine Paschen–Back regime in alkali metal atoms: Consistency of two theoretical considerations and experiment // JOSA. 2014. V. 31. P. 1046–1053.
8. Demtröder W. Laser spectroscopy: Basic concepts and instrumentation. Springer, 2004.
9. Sargsyan A., Tonoyan A., Hakhumyan G., Papoyan A., Mariotti E., Sarkisyan D. Giant modification of atomic transition probabilities induced by a magnetic field: Forbidden transitions become predominant // Laser Phys. Lett. 2014. V. 11. P. 055701–055706.
10. Саргсян А., Ахумян Г., Мирзоян Р., Саркисян Д. Исследование атомных переходов цезия в сильных магнитных полях с помощью ячейки с толщиной в половину длины волны света // Письма в ЖЭТФ. 2013. Т. 98. С. 441–445.
11. Woerdman J.P., Schuurmans M.F.H. Spectral narrowing of selective reflection from sodium vapour // Opt. Commun. 1975. V. 14. Р. 248–251.
12. Vartanyan T.A. Resonant reflection of intense optical radiation from a low-density gaseous medium // Sov. Phys. JETP. 1985. V. 88. P. 1147–1152.
13. Nienhuis G., Schuller F., Ducloy M. Nonlinear selective reflection from an atomic vapor at arbitrary incidence angle // Phys. Rev. A. 1998. V. 38. P. 5197–5205
14. Vuletic V., Sautenkov V.A., Zimmermann C., Hansch T.W. Measurement of cesium resonance line self-broadening and shift with doppler-free selective reflection spectroscopy // Opt. Commun. 1993. V. 99. P. 185–190.
15. Weis A., Sautenkov V.A., Hansch T.W. Observation of ground-state Zeeman coherences in the selective reflection from cesium vapor // Phys. Rev. A. 1992. V. 45. Р. 7991.
16. Vartanyan T. A. and Lin D. L. Enhanced selective reflection from a thin layer of a dilute gaseous medium // Phys. Rev. A. 1995. V. 51. Р. 1959.
17. Failache H., Saltiel S., Fichet M., Bloch D., and Ducloy M. Resonant van der Waals repulsion between excited Cs atoms and sapphire surface // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. Р. 5467–5470.
18. Papoyan A.V., Grigoryan G.G., Shmavonyan S.V., Sarkisyan D., Guena J., Lintz M., and Bouchiat M.A. Selective reflection spectroscopy with a highly parallel window: Phase tunable homodyne detection of the radiated atomic field // Eur. J. Phys. D. 2004 V. 30. P. 265–273.
19. Саргсян А., Глушко Б., Саркисян Д. Спектроскопические ячейки микронной толщины для изучения режима Пашена–Бака на сверхтонкой структуре атомов цезия // ЖЭТФ. 2015. Т. 147. С. 668–677.
20. Baluktsian T., Urban C., Bublat Tl. Fabrication method for microscopic vapor cells for alkali atoms // Opt. Lett. 2010. V. 35. P. 1950–1952.
21. Whittaker K.A., Keaveney J., Hughes I.G., Sargysyan A., Sarkisyan D., Gmeiner B., Sandoghdar V., Adams C.S. Interrogation and fabrication of nm scale hot alkali vapour cells // J. Phys.: Conf. Series. 2015. V. 635. P. 122006.