Введение
1 Введение 5
1.1 Лазерное охлаждение вещества в фундаментальной науке и технологиях 5
1.2 Низкоразмерные квантовые системы 7
1.3 Цель работы 10
1.4 Перечень защищаемых результатов и теоретических положений. Новизна. Роль автора 10
1.4.1 Результаты, выносимые на защиту 10
1.4.2 Теоретические положения, выносимые на защиту 11
1.4.3 Новизна результатов и положений 11
1.4.4 Роль автора 11
1.5 Актуальность результатов и положений 12
1.5.1 Актуальность результатов 12
1.5.2 Актуальность положений 13
1.6 Публикации и доклады по теме диссертации 14
1.7 Рекомендации по использованию результатов диссертации 15
1.8 Структура диссертации 16
2 Глубокое лазерное охлаждение на примере установки, созданной соискателем 18
2.1 Обзор процедуры охлаждения атомного газа 18
2.2 Свойства атомов 6Li, используемых при создании двумерного ферми-газа 21
2.2.1 Основное состояние атома 6Li 21
2.2.2 Возбуждённое состояние атома 6Li 23
2.2.3 Циклические оптические переходы атома 6Li 24
2.3 Вакуумная камера для изоляции холодного атомного газа от внешних воздействий 25
2.4 Создание пучка атомов 6Li 27
2.5 Замедление потока атомов встречным резонансным излучением 29
2.6 Магнито-оптическая ловушка для атомов 32
2.7 Стабилизация частоты лазера для приготовления и диагностики холодного газа 37
2.8 Консервативный потенциал для атомов 39
2.8.1 Дипольная ловушка 39
2.8.2 Оптическая система для создания и управления дипольной ловушкой 43
2.9 Управление межатомным взаимодействием 46
2.9.1 Доминирование -канала при рассеянии низкоэнергетических частиц 46
2.9.2 Резонанс Фешбаха 49
2.9.3 Создание магнитного поля для управления взаимодействием 52
2.9.4 Измерение частоты магнитного потенциала 54
2.10 Охлаждение газа до квантового вырождения в дипольной ловушке 54
2.11 Система управления экспериментом 57
3 Управление кинематической размерностью ферми-газа 60
3.1 Анизотропный потенциал для создания двумерного газа 60
3.2 Реализация анизотропной дипольной ловушки в стоячей волне 62
3.3 Эксперимент по приготовлению двумерного ферми-газа 67
3.4 Доказательство двумерности 71
3.5 Предшествующие попытки получения двумерных атомных ферми-газов в других лабораториях 73
3.6 Альтернативные варианты анизотропных ловушек для приготовления двумерного газа 74
4 Прецизионное измерение параметров оптической ловушки 77
4.1 Влияние ангармонизма на точность измерения параметров потенциала 77
4.2 Обзор метода прецизионного измерения частот потенциала 80
4.3 Определение параметров потенциала в случае квантованного движения 82
4.3.1 Эксперимент по измерению частотной зависимости ввода энергии 82
4.3.2 Расчёт уровней энергии в оптической решётке 85
4.4 Определение параметров потенциала в случае классического движения 85
4.4.1 Эксперимент по измерению частотной зависимости ввода энергии 85
4.4.2 Численное моделирование процесса параметрического возбуждения газа в ангармонической ловушке 86
4.5 Динамика ввода энергии при параметрическом возбуждении 89
4.6 Динамика частицы в одномерном потенциале с кубической нелинейностью при параметрическом возбуждении 90
5 Измерение распределения плотности ультрахолодного газа атомов 94
5.1 Поглощение излучения, проходящего через облако атомов 94
5.2 Реализация метода прямого наблюдения атомного газа 96
5.2.1 Процедура фотографирования атомного газа 96
5.2.2 Разрешающая способность системы фотографирования 99
5.2.3 Обзор наблюдательных возможностей различных экспериментальных установок 103
5.2.4 Настройка резкости оптической системы 105
5.2.5 Определение увеличения оптической системы 107
5.2.6 Определение чувствительности матрицы ПЗС 108
5.3 Одночастичные и фоновые эффекты, влияющие на измерение плотности 109
5.3.1 Разгон атомов резонансным излучением, выход из резонанса 109
5.3.2 Настройка частоты излучения для съёмки 110
5.3.3 Нерезонансная поляризация в излучении подсветки атомов 111
5.3.4 Уход в тёмное состояние и влияние нерезонансного состояния 113
5.3.5 Засветка фотографии рассеянным излучением 116
5.3.6 Дифракционная расходимость тени атомов 117
5.3.7 Выражение для учёта всех одночастичных и фоновых эффектов 118
5.4 Наблюдение коллективных эффектов при поглощении света плотным облаком атомов 119
5.4.1 Локальные и глобальные коллективные эффекты 119
5.4.2 Эксперимент по измерению величины коллективного эффекта просветления среды 121
6 Измерение температуры и давления двумерного ферми-газа 126
6.1 Определение температуры газа по профилю его плотности 126
6.1.1 Невзаимодействующий двумерный ферми-газ 126
6.1.2 Невзаимодействующий квазидвумерный ферми-газ 128
6.1.3 Точность измерения температуры 129 6.2 Измерение локальных характеристик. Обратное преобразование Абеля 132
6.3 Измерение локального давления двумерного ферми-газа 135
7 Заключение 139
Литература 140
