Публикации

Публикации по направлениям исследований Лаборатории:

В.Л. Величанский., М. А. Губин, «Лазерные стандарты частоты в ФИАН», «УФН», 179, №11, (2009), 1219-1224. DOI: 10.3367/UFNe.0179.200911h.1219
Аннотация: Дан краткий обзор работ лаборатории стандартов частоты Отделения квантовой радиофизики ФИАН по одному из важных направлений развития квантовых стандартов частоты — созданию сверхминиатюрных часов на основе эффекта когерентного пленения населённостей в атомах щелочных металлов с накачкой полупроводниковыми лазерами (стабильность частоты 10-11 — 10-12, при времени усреднения ~ 104 с) и компактных задающих генераторов/оптических часов со стабильностью частоты 10-14 — 10-15 (при времени усреднения 1 с) на основе He — Ne/CH4 и волоконного фемтосекундного лазеров.

Группа «Высококогерентные полупроводниковые лазеры»:

1. С. В. Каргапольцев, В.Л. Величанский, В. В. Васильев, М. Ш. Кобякова, А. В. Морозюк, Н. В. Ширяева, В. П. Коняев «Низкопороговый диодный лазер с коротким резонатором для миниатюрных атомных часов», «Квантовая электроника», 39, №6, (2009), 487-493.
Аннотация: Разработаны диодные лазеры с коротким резонатором (ДИЛКОР), излучающие на длине волны D1 -линии цезия λ = 894 нм. Низкие пороговые токи и энергопотребление позволят использовать такие лазеры в малогабаритных атомных часах и магнитометрах. Параметры ДИЛКОР сопоставимы с параметрами лазеров, излучающих с поверхности.

2. A. Zhukov, S. A. Zibrov, G. V. Romanov, Y. O. Dudin, V. V. Vassiliev, V. L. Velichansky, V. P. Yakovlev, “Electromagnetically induced absorption in a bichromatic laser field”, Phys. Rev. A, 80, №3, (2009), 033830-1-033830-11.
Abstract: In this paper we describe experimentally and theoretically the increase in the electromagnetically induced absorption (EIA) resonance under the influence of an additional optical field. EIA was observed on the cycling transition of the rubidium D2 line in the Hanle configuration in the presence of the second-laser field acting on an open transition coupled with a cycling one via a common ground state. We present results obtained for different polarization orientations and propagation directions of the two laser beams. A systematic theoretical analysis based on the optical Bloch equations explains most of the experimental data. A lot of attention is also paid to a qualitative understanding of the EIA—its resonance shape, amplitude, and the response to the additional optical fields.

3. Д.В. Бражников, А.В. Тайченачев, А.М. Тумайкин, В.И. Юдин, В.Л. Величанский, С.А. Зибров, «Сдвиг и асимметрия резонанса насыщенного поглощения в поле встречных эллиптически поляризованных волн» Журнал экспериментальной и теоретической физики, 136, №1, (2009), 18-30.
Аннотация: Исследуется резонанс насыщенного поглощения в газе атомов в поле встречных световых волн с произвольной эллиптической поляризацией. На основе общего анализа симметрии задачи делается вывод об особенностях формы резонанса. В частности, обнаружен новый эффект, заключающийся в том, что параметры поляризации световых волн могут приводить к асимметрии и сдвигу резонанса. Эти выводы подкреплены приближенным аналитическим решением для перехода Fg=1→ Fe=2 и численными расчетами. Помимо фундаментального значения полученные результаты могут иметь важные приложения в метрологии (стандарты частоты и времени).

4. Sergei A. Zibrov, Irina Novikova, David F. Phillips, Ronald L. Walsworth, Alexander S. Zibrov, Vladimir L. Velichansky, Alexey V. Taichenachev, Valery I. Yudin, “Coherent-population-trapping resonances with linearly polarized light for all-optical miniature atomic clocks” “Phys. Rev. A”, 81, №1, (2010), 013833-1-013833-7.
Abstract: We present a joint theoretical and experimental characterization of the coherent population trapping (CPT) resonance excited on the D1 line of 87Rb atoms by bichromatic linearly polarized laser light. We observe high-contrast transmission resonances (up to ≈25%), which makes this excitation scheme promising for miniature all-optical atomic clock applications. We also demonstrate cancellation of the first-order light shift by proper choice of the frequencies and relative intensities of the two laser-field components. Our theoretical predictions are in good agreement with the experimental results.

5. V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, Y. O. Dudin, V. L. Velichansky, A.S. Zibrov and S. A. Zibrov, “Vector magnetometry based on electromagnetically induced transparency in linearly polarized light”, Phys. Rev. A, 82, №3, (2010), 033807-1-033807-7.
Abstract: We develop a generalized principle of electromagnetically induced transparency (EIT) vector magnetometry based on high-contrast EIT resonances and the symmetry of atom-light interaction in the linearly polarized bichromatic fields. Operation of such vector magnetometer on the D1line of 87Rb has been demonstrated. The proposed compass-magnetometer has an increased immunity to shifts produced by quadratic Zeeman and ac-Stark effects, as well as by atom-buffer gas and atom-atom collisions. In our proof-of-principle experiment the detected angular sensitivity to magnetic field orientation is 10-3 deg/Hz1/2, which is limited by laser intensity fluctuations, light polarization quality, and magnitude of the magnetic field.

6. Васильев В.В., Величанский В.Л., Зибров С.А., Сивак А.В., Бражников Д.В., Тайченачев А.В., Юдин В.И., “Двойная структура резонанса насыщенного поглощения на открытом атомном переходе”, ЖЭТФ, 2011 г., Том 139, Вып. 5, стр. 883.
Аннотация: В экспериментах на открытых переходах D1-линии щелочных металлов ( Cs и изотопов Rb) обнаружена двойная структура резонанса насыщенного поглощения в сигнале сильной световой волны в присутствии слабой встречной. Как показывает теоретический анализ, обнаруженная форма резонанса связана как с открытостью атомного перехода, так и с доплеровским эффектом для атомов в газе. Результаты работы имеют общефизическую значимость для нелинейной спектроскопии, а помимо этого могут найти применение в метрологии (стандарты частоты и времени на открытых переходах).

7. В.А. Астапенко, А.С. Батурин, В.Л. Величанский, С.А. Зибров, Е.В. Коростылёв, Л.П. Суханов «Экспериментальное и теоретическое исследование оптических центров в алмазе», Наноструктуры, 8, 17, (2013)
Аннотация: Измерены спектры катодолюминесценции (КЛ) и фотолюминесценции (ФЛ) образцов природного и синтетического алмаза с азотно-вакансионными (NV) центрами окраски. На основе результатов предыдущих теоретических работ и собственных квантово-химических исследований проведена идентификация наблюдаемых спектров. Дано ab initio объяснение тонкой структуры спектра ФЛ синтетического алмаза. Обсуждается стоксовский сдвиг триплетных переходов 3A2↔3E в NV– центре. Построенная кластерная модель NV– и NV0 центров в алмазе в пределах 0.3 эВ описывает энергии электронных переходов по данным экспериментов и последних наиболее точных теоретических работ. Для синглетных состояний NV центров подтверждается основное 1E состояние.

8. Д.И. Севостьянов, В.П. Яковлев, А.Н. Козлов, В.В. Васильев, С.А. Зибров, В.Л. Величанский, "Роль переходных процессов в спектроскопии резонансных линий атомов цезия в ячейках с антирелаксационным покрытием", Квант. Электроника, 43 (7), 638–645 (2013). 

Аннотация: Исследуются особенности спектров поглощения D1,2 линий Cs, вызванные оптической накачкой, в ячейках с антирелаксационным покрытием. В таких ячейках внутреннее состояние атома, возникшее при оптической накачке монохроматическим лазерным полем, с большой вероятностью сохраняется при столкновении атома со стенкой. В результате действие оптической накачки распространяется и на весь объем ячейки, и на все скорости атомов. Это приводит к зависящим от скорости сканирования искажениям контура линии поглощения. Обнаруженные особенности необходимо учитывать при работе с квантовыми магнитометрами с лазерной накачкой, в которых используются ячейки с антирелаксационным покрытием.

9. V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, D. I. Sevostianov, V. L. Velichansky, V. V. Vasiliev, A. A. Zibrov, A. S. Zibrov, and S. A. Zibrov. “Feedback spectroscopy of atomic resonances” Phys. Rev. A, 87,6,063806 (2013)
Abstract: We propose a nonstandard spectroscopic technique providing the significant increase in the contrast and the quality factor of the atomic resonance due to using feedback control of the input probe field parameters. In particular, to achieve this for the dark resonances we sustain the fluorescence intensity at a fixed constant level during the spectra taking process. Unlike the conventional spectroscopy our method does not require a dense optical medium. Theoretical analysis of the method has been experimentally confirmed in spectroscopy of atomic rubidium vapor in which a considerable increasing (one-two order) of the resonance amplitude and a 3-fold decreasing of the width is observed in optically thin medium. As a result, the quality factor of the dark resonance is increased by two orders of magnitude and its contrast reaches the record (to our knowledge) level 260%. Different schemes, including magneto-optical Hanle spectroscopy, as as well as Doppler-free spectroscopy, also show the advantages of the suggested technique.

Группа «Прецизионные измерения частоты»:

10. Gubin M.A.; Kireev, A. N.; Konyashchenko, A. V.; et al. "Femtosecond fiber laser based methane optical clock», Applied Physics B,Volume: 95, Issue: 4, Pages: 661-666, Published: June 2009. DOI:10.1007/s00340-009-3525
Abstract: An optical clock based on an Er3+ fiber femtosecond laser and a two-mode He–Ne/CH4 optical frequency standard (λ=3.39 μm) is realized. Difference-frequency generation is used to down convert the 1.5-μm frequency comb of the Er3+ femtosecond laser to the 3.4-μm range. The generated infrared comb overlaps with the He–Ne/CH4 laser wavelength and does not depend on the carrier–envelope offset frequency of the 1.5-μm comb. In this way a direct phase-coherent connection between the optical frequency of the He–Ne/CH4 standard and the radio frequency pulse repetition rate of the fiber laser is established. The stability of the optical clock is measured against a commercial hydrogen maser. The measured relative instability is 1×10−12 at 1 s and for averaging times less than 50 s it is determined by the microwave standard, while for longer times a drift of the He–Ne/CH4 optical standard is dominant.

11. Gubin M.A.; Kireev, A. N.; Kozlovsky, V. I.; et al. « Tunable two-mode Cr2+:ZnSe laser with a frequency-noise spectral density of 0.03 Hz Hz(-1/2)», QUANTUM ELECTRONICS, Volume: 42 Issue: 6 Pages: 509-513, Published: 2012. DOI: 10.1070/QE2012v042n06ABEH014838.
Abstract: An optically pumped cw laser on a Cr2+ : ZnSe crystal with a tunable (in the range of 2.3 — 2 .6 mm) wavelength, operating with generation of two axial modes, has been developed. It is shown that the minimum laser frequency-noise spectral density does not exceed 0.03 Hz Hz-1/2. Application of this laser in problems of Doppler and Doppler-free spectroscopy makes it possible to detect spectral absorption lines of gases with sensitivities of 5 × 10-12 and 2 × 10-10 cm-1, respectively (averaging time τ = 1 s). Having stabilised this laser with respect to the Doppler-free resonances of saturated dispersion of methane molecule, one can obtain a short-term frequency stability of 10-15 — 10-16 (τ = 1 s).

12. Gubin M.A.; Kireev, A. N.; Korostelin, Yu V.; et al., “Tunable Single-Frequency CW Cr2+:CdSe Laser”, BULLETIN OF THE LEBEDEV PHYSICS INSTITUTE Volume: 38 Issue: 7 Pages: 205-208 Published: JUL 2011.
DOI: 10.3103/S1068335611070049
Abstract: Continuous tuning of the lasing wavelength from 2350 to 3450 nm in the cw Cr2+:CdSe laser is demonstrated. It is shown that the laser efficiently operates at a wavelength of 3.28 µm, which is promising for the methane optical frequency standard. The single-frequency mode of the laser with a lasing linewidth not exceeding 60 MHz is implemented in this spectral range.

13. Benedick Andrew, Tyurikov Dmitry, Gubin Mikhail; et al., «Compact, Ti:sapphire-based, methane-stabilized optical molecular frequency comb and clock», OPTICS LETTERS, v. 34, Issue: 14, pp. 2168-2170, Published: JUL 15 2009.
DOI: 10.1364/OL.34.002168
Abstract: A compact optical clock and frequency comb system is presented, based on a 1 GHz octave-spanning Ti:sapphire laser referenced to the F(2)2(P(7),v3) optical transition in methane at 3.39 μm . The reference methane transition is accessed by a stabilized HeNe laser in a compact transportable format. The output from the octave-spanning Ti:sapphire laser is used to generate a mid-IR comb at the reference wavelength 3.39 μm . Direct comparison of the stabilized optical frequency comb with an ultralow expansion glass cavity-stabilized diode laser at 674 nm shows an Allan deviation of the frequency comb of 3×10−14 in 20 s.

14. M. A. Gubin, A. N. Kireev, V. I. Kozlovsky, Yu. V. Korostelin, V. A. Lazarev, A. B. Pnev, Yu. P. Podmar'kov, D. A. Tyurikov, M. P. Frolov, A. S. Shelkovnikov, "Observation of saturated dispersion resonances of methane in a two-mode Cr2+ : ZnSe/CH4 laser", QUANTUM ELECTRON, 2012, 42 (7), 565–566.
DOI: 10.1070/QE2012v042n07ABEH014907
Abstract: Solid-state cw Cr2+ : ZnSe laser has been used for Doppler-free spectroscopy of lines of the vibrational — rotational v1 + v4 band of methane. Saturated-dispersion resonances on the components of the R(2) line near λ = 2.36 mm are revealed. The parameters of the saturated-dispersion resonance obtained upon cooling intracavity methane cell to a temperature of 77 K confirmed good prospects of developing an optical master oscillator with a high (10-15 — 10-16) short-term frequency stability based on a Cr2+: ZnSe/CH4 laser.