Limits of laser cooling of light alkaline metals in polychromatic light field

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A model has been developed for laser cooling of alkali atoms in a polychromatic field, considering the real structure of atomic levels. The model was tested on the example of the 6Li atom. The minimum achievable temperatures of laser cooling of light alkali atoms are studied for different polarizations of the light field components, and the possibility of cooling below the Doppler limit is shown.

Full Text

Restricted Access

About the authors

R. Ya. Ilenkov

Institute of Laser Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ilenkov.roman@gmail.com
Russian Federation, Novosibirsk

O. N. Prudnikov

Institute of Laser Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk National Research State University Novosibirsk

Email: ilenkov.roman@gmail.com
Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk

A. V. Taichenachev

Institute of Laser Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk National Research State University Novosibirsk

Email: ilenkov.roman@gmail.com
Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk

V. I. Yudin

Institute of Laser Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk National Research State University Novosibirsk

Email: ilenkov.roman@gmail.com
Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk

References

  1. Ludlow A.D., Boyd M.M., Ye J. et al. // Rev. Mod. Phys. 2015. V. 87. No. 2. P. 637.
  2. Тайченачев А.В., Юдин В.И., Багаев С.Н. // УФН. 2016. Т. 186. № 2. С. 193; Taichenachev A.V., Yudin V.I., Bagaev S.N. // Phys. Usp. 2016. V. 59. No. 2. P. 184.
  3. Marti G.E., Hutson R.B., Goban A. et al. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. No. 10. Art. No. 103201.
  4. Cornell E.A., Wieman C.E. // Rev. Mod. Phys. 2002. V. 74. No. 3 P. 875.
  5. Ketterle W. // Rev. Mod. Phys. 2002. V. 74. No. 4. P. 1131.
  6. Турлапов А.В. // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т. 95. № 2. С. 104; Turlapov A.V. // JETP Lett. 2012. V. 95. No. 2. P. 96.
  7. Bongs K., Holynski M., Vovrosh J. et al. // Nature Rev. Phys. 2019. V. 1. No. 12. P. 731.
  8. Dang H.B., Maloof A.C., Romalis M.V. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. No. 15. Art. No. 151110.
  9. Рябцев И.И., Колачевский Н.Н., Тайченачев А.В. // Квант. электрон. 2021. Т. 51. № 6. С. 463; Ryabtsev I.I., Kolachevsky N.N., Taichenachev A.V. // Quantum Electron. 2021. V. 51. No. 6. P. 463.
  10. Колачевский Н.Н., Хабарова К.Ю., Заливако И.В. и др. // Ракетно-косм. приборостр. и информ. сист. 2018. Т. 5. № 1. С. 13; Kolachevsky N.N., Khabarova K.Yu., Zalivako I.V. et al. // Rocket-Space Device Eng. Inform. Syst. 2018. V. 5. No. 1. P. 12.
  11. Minogin V.G., Letokhov V.S. Laser light pressure on atoms. New York: Gordon and Breach, 1987.
  12. Kazantsev A.P., Surdutovich G.I., Yakovlev V.P. Mechanical action of light on atoms. Singapore: World Scientific, 1990. 380 p.
  13. Metcalf H.J., Van der Straten P. Laser cooling and trapping. New York: Springer, 1990. 340 p.
  14. Dalibard J., Cohen-Tannoudji C. // J. Physics B. 1985. V. 18. No. 8. P. 1661.
  15. Javanainen J. // Phys. Rev. A. 1991. V. 44. No. 9. P. 5857.
  16. Dalibard J., Cohen-Tannoudji C. // J. Opt. Soc. Amer. B. 1989. V. 6. No. 11. P. 2023.
  17. Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Тумайкин А.М., Юдин В.И. // ЖЭТФ. 1999. Т. 115. № 3. С. 791; Prudnikov O.N., Taichenachev A.V., Tumaikin A.M., Yudin V.I. // JETP. 1999. V. 88. No. 3. P. 433.
  18. Кирпичникова А.А., Прудников О.Н., Ильенков Р.Я. и др. // Квант. электрон. 2020. Т. 50. № 10. С. 939; Kirpichnikova A.A., Prudnikov O.N., Il’enkov R. Ya. et al. // Quantum Electron. 2020. V. 50. No. 10. P. 939.
  19. Riedmann M., Kelkar H., Wübbena T. et al. // Phys. Rev. A. 2012. V. 86. No. 4. Art. No. 043416.
  20. Hobson R., Bowden W., Vianello A. et al. // Phys. Rev. A. 2020. V. 101. No. 1. Art. No. 013420.
  21. Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Юдин В.И. // Письма в ЖЭТФ. 2015. Т. 102. № 9. С. 660; Prudnikov O.N., Taichenachev A.V., Yudin V.I. // JETP Lett. 2015. V. 102. No. 9. P. 576.
  22. Kalganova E., Prudnikov O., Vishnyakova G. et al. // Phys. Rev. A. 2017. V. 96. No. 3. Art. No. 033418.
  23. Питаевский Л.П. // УФН. 1998. Т. 168. № 6. С. 641; Pitaevskii L.P. // Phys. Usp. 1998. V. 41. No. 6. P. 569.
  24. Каган М.Ю., Турлапов А.В. // УФН. 2019. Т. 189. № 3. С. 225; Kagan M.Yu., Turlapov A.V. // Phys. Usp. 2019. V. 62. No. 3. P. 215.
  25. Lin Z., Shimizu K., Zhan M. et al. // Japan. J. Appl. Phys. 1991. V. 30. No. 7B. Art. No. L1324.
  26. Burchianti A., Valtolina G., Seman J.A. et al. // Phys. Rev. A. 2014. V. 90. No. 4. Art. No. 043408.
  27. Mosk A., Jochim S., Moritz H. et al. // Opt. Lett. 2001. V. 26. No. 23. P. 1837.
  28. Grier A.T., Ferrier-Barbut I., Rem B.S. et al. // Phys. Rev. A. 2013. V. 87. No. 6. Art. No. 063411.
  29. Ильенков Р.Я., Кирпичникова А.А., Прудников О.Н. // Квант. электрон. 2022. Т. 52. № 2. С. 137; Il’enkov R.Ya., Kirpichnikova A.A., Prudnikov O.N. // Quantum Electron. 2022. V. 52. No. 2. P. 137.
  30. Yoo S.M., Javanainen J. // Phys. Rev. A. 1992. V. 45. No. 5. P. 3071.
  31. Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Тумайкин А.М., Юдин В.И. // ЖЭТФ. 2004. Т. 125. № 3. С. 499; Prudnikov O.N., Taichenachev A.V., Tumaikin A.M., Yudin V.I. // JETP. 2004. V. 98. No. 3. P. 438.
  32. Безвербный А.В., Прудников О.Н., Тайченачев А.В. и др. // ЖЭТФ. 2003. Т. 123. № 3. С. 437; Bezverbnyi A.V., Prudnikov O.N., Taichenachev A.V. et al. // JETP. 2003. V. 96. No. 3. P. 383.
  33. Chang S., Minogin V. // Phys. Rep. 2002. V. 365. No. 2. P. 65.
  34. Adams C.S., Riis E. // Progr. Quantum. Electron. 1997. V. 21. No. 1. P. 1.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Atomic structure of 6Li atoms.

Download (106KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependences of dissipative light forces on the velocity of atoms: (a) field parameters S2 = S1 = 0.1, δ2 = δ1 = –1γ. Doppler effects lead to cooling for all velocities; (b) field parameters S2 = 1, S1 = 0.1, δ2 = δ1 = 3γ. Doppler effects lead to heating of atoms, but the presence of sub-Doppler friction mechanisms allows for the cooling of atoms at low velocities.

Download (117KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The value in ℏγ units for different polarization configurations of weak cooling light fields: (a) σ+ — σ is the polarization for both components of the bichromatic field; (b) the polarization for both components of the bichromatic field; (c) σ+ — σ is the polarization of the field resonant with the D2 line, the polarization of the field resonant with the D1 line; (d) the polarization of the field resonant with the D2 line, σ+ — σ is the polarization of the field resonant with the D1 line; problem parameters: S2 = S1 =0.1.

Download (606KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The value in ℏγ units for different polarization configurations of strong cooling light fields: (a) σ+ — σ is the polarization for both components of the bichromatic field; (b) the polarization for both components of the bichromatic field; (c) σ+ — σ is the polarization of the resonant D2-line field, the polarization of the resonant D1-line field; (d) the polarization of the resonant D2-line field, σ+ — σ is the polarization of the resonant D1-line field; problem parameters: S2 = S1 =1.

Download (795KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The value in ℏγ units for different intensities of cooling light fields: (a) σ+ — σ is the polarization for both components of the bichromatic field, S2 = 0.1, S1 = 1; (b) the polarization for both components of the bichromatic field, S2 = 0.1, S1 = 1; (c) σ+ — σ is the polarization for both components of the bichromatic field, S2 = 1, S1 = 0.1; (d) the polarization for both components of the bichromatic field, S2 = 1, S1 = 0.1.

Download (704KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».