Оптический стандарт частоты с относительной погрешностью 10^(–17) – 10^(–18) на основе холодных атомов магния в оптической решетке для глобальной квантовой сети высокоточной синхронизации

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-12-00054

НазваниеОптический стандарт частоты с относительной погрешностью 10^(–17) – 10^(–18) на основе холодных атомов магния в оптической решетке для глобальной квантовой сети высокоточной синхронизации

Руководитель Тайченачев Алексей Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №11 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-304 - Спектроскопия

Ключевые слова оптический стандарт частоты, магний, лазерное охлаждение и локализация атомов, оптическая решетка, высокоточная синхронизация

Код ГРНТИ29.33.49

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Для проведения измерений необходимы стандарты/эталоны измеряемых величин, от точности которых зависит точность измерений. Частота и время являются наиболее точно измеряемыми величинами за счет точности их стандарта/эталона. Первичным стандартом частоты (СЧ) в настоящее время является стандарт в микроволновом диапазоне (9.2 ГГц) на основе стабильного перехода между подуровнями сверхтонкой структуры атома 133Cs. Относительная погрешность (2×10^–16) СЧ на основе фонтана атомов цезия достигла, по всей видимости, своего предела. Дальнейшее увеличение точности СЧ связывается с переходом в оптический диапазон. Переход из микроволнового в оптический диапазон также дает потенциальную возможность проводить точные измерения за более короткое время усреднения\измерения. Использование узких линий поглощения охлажденных и локализованных в ловушках одиночных ионов и ансамблей атомов позволяет реализовать спектральное качество частотного репера на уровне Q = 10^13÷10^14 и обеспечить точность и стабильность стандарта, на порядки превышающие аналогичные характеристики цезиевого стандарта. Важным является то, что для оптических стандартов частоты характерным является высокая стабильность частоты при коротких временах усреднения 10–10^4 сек, что позволяет проводить точные измерения существенно быстрее, чем в случае использования микроволновых стандартов частоты. Оптические стандарты частоты представляют большой интерес для различных приложений в прецизионной навигации и точной синхронизации в систем управления и передачи информации. Ультра холодные атомы магния представляют большой интерес для создания оптического стандарта частоты (ОСЧ) с относительной погрешностью 10^–17÷10^–18. Для реализации потенциальных преимуществ магния - малый сдвиг частоты перехода от теплового излучения, простота структуры электронных оболочек, необходимо обеспечить охлаждение атомов Mg до ультранизких температур порядка 1–10 мкК, что является необходимым условием для эффективной загрузки дипольной оптической ловушки, образованной стоячей световой волной – «оптической решетки». Целью предлагаемых исследований является изучение, экспериментальная реализация и оптимизация методов охлаждения, позволяющих эффективно охлаждать и локализовать атомы магния в оптической решетке, Для использования атомов для ОСЧ, необходимо применять поле оптической решетки, приводящее к одинаковому сдвигу энергий верхнего и нижнего уровней часового перехода – излучение на «магической» длине волны. Целью исследований также является расчет и экспериментальное определение длин волн и поляризационных свойств лазерного излучения решетки как для скалярного сильно запрещенного 1S0→3P0, так и для интеркомбинационного 1S0→3P1 перехода. Достижение поставленных целей позволит на два-три порядка улучшить точность и стабильность разрабатываемого ОСЧ на основе ультрахолодных атомов магния, локализованных в оптической решетке.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Прудников О.Н., Бражников Д.В., Тайченачев А.В., Юдин В.И., Бонерт А.Э., Тропников М.А., Гончаров А.Н. New approaches in deep laser cooling of magnesium atoms for quantum metrology Laser Physics, vol. 26, no. 095503 (год публикации - 2016)
10.1088/1054-660X/26/9/095503

2. Гончаров А.Н., Бонерт А.Э., Бражников Д.В., Прудников О.Н., Тропников М.А., Тайченачев А.В., Багаев С.Н. An optical frequency standard based on ultracold magnesium atoms VII International Symposium and Young Scientists School "Modern Problems of Laser Physics" (MPLP-2016), Novosibirsk, Russia, August 22 - 28, 2016., page 30 (год публикации - 2016)

3. Прудников О.Н., Бражников Д.В., Тайченачев А.В., Юдин В.И., Гончаров А.Н. Magneto-optical trap formed by elliptically polarised light waves for Mg atoms Quantum Electronics, vol. 46, no. 7, pp. 661-667 (год публикации - 2016)
10.1070/QEL15995

4. Лазебный Д.Б., Бражников Д.В., Тайченачев А.В., Юдин В.И. Поляризационные эффекты в резонансах, индуцированных отдачей Журнал экспериментальной и теоретической физики, том 151, вып. 1, стр. 40-49 (год публикации - 2017)
10.7868/S0044451017010047

5. Бражников Д.В., Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Юдин В.И., Бонерт А.Э., Шилов А.М., Тропников М.А., Гончаров А.Н. New proposals for deep laser cooling of magnesium atoms for quantum metrology Book of Abstracts of the 19th International Conference and School on Quantum Electronics "Laser physics and applications" (ICSQE-2016), pp. 24-25 (год публикации - 2016)

Публикации

1. Ильенков Р.Я., Тайченачев А.В., Юдин В.И., Прудников О.Н. Deep laser cooling of strontium atoms on 1S0→3P0 transition Journal of Physics: Conference Series, vol. 793, no. 1, art.no. 012011 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/793/1/012011

2. Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Юдин В.И., Э.М. Расел Исследование возможностей глубокого лазерного охлаждения атомов Mg в оптической решетке: двухуровневая квантовая модель Известия РАН. Серия Физическая, том 81, ном. 12, с. 1609 (год публикации - 2017)
10.3103/S1062873817120243

3. Тайченачев А.В., Юдин В.И., Багаев С.Н. Recent advances in precision spectroscopy of ultracold atoms and ions Journal of Physics: Conference Series, vol. 793, no. 1, art.no. 012027 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/793/1/012027

4. Абдель Хафиз М., Бражников Д., Когет Г., Тайченачев А., Юдин В., де Клерк Э., Боудо Р. High-contrast sub-Doppler absorption spikes in a hot atomic vapor cell exposed to a dual-frequency laser field New Journal of Physics, vol. 19, art.no. 073028 (год публикации - 2017)
10.1088/1367-2630/aa7258

5. Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Юдин В.И. Кинетика атомов в двухчастотном поле, образованном эллиптически поляризованными волнами Квантовая электроника, том 47, ном. 5, с. 438 (год публикации - 2017)
10.1070/QEL16357

6. Тайченачев А.В., Юдин В.И., Багаев С.Н. Recent advances in optical atomic clocks Book of Abstracts of the Chinese-Russian Workshop on Laser Physics, Fundamental and Applied Photonics, 21-26 April 2017, Nanjing, P.R. China (год публикации - 2017)

7. Калганова Е., Прудников О., Вишнякова Г., Головизин А., Трегубов Д., Сукачев Д., Хабарова К., Сорокин В., Колачевский Н. Two-temperature momentum distribution in a Thulium magneto-optical trap Physical Review A, vol. 96, art.no. 033418 (год публикации - 2017)
10.1103/PhysRevA.96.033418

8. Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Юдин В.И., Расел Э.М. Deep laser cooling of Mg in dipole trap for frequency standard Proceedings of the international Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium (EFTF/IFCS), pp. 432-436 (год публикации - 2017)
10.1109/FCS.2017.8088915

9. Лазебный Д.Б., Бражников Д.В., Тайченачев А.В., Юдин В.И. Влияние поляризации полей на резонансы отдачи Известия РАН. Серия Физическая, том 81, ном. 9, с. 1178 (год публикации - 2017)
10.3103/S1062873817090131

Публикации

1. Гончаров А.Н., Бонерт А.Э., Барауля В.И., Тропников М.А., Кузнецов С.А., Тайченачев А.В., Багаев С.Н. Стабилизация частоты лазерного излучения по узким резонансам холодных атомов магния на переходе 1S0–3P1 Квантовая электроника, том 48, стр. 410-414 (год публикации - 2018)
10.1070/QEL16657

2. Прудников О.Н., Ильенков Р.Я., Тайченачев А.В., Юдин В.И., Расел Э.М. Study of laser cooling in deep optical lattice: two-level quantum model Journal of Physics: Conference Series, том 951, выпуск 1, номер статьи 012019 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/951/1/012019

3. Прудников О.Н., Ильенков Р.Я., Тайченачев А.В., Юдин В.И. Scaling law in laser cooling on narrow-line optical transitions Arxiv.org, no. 1809.10905 (год публикации - 2018)

4. Гончаров А.Н., Бонерт А.Э., Тропников М.А., Барауля В.И., Кузнецов С.А. High-resolution spectroscopy of cold Mg atoms Book of Abstracts of 4th Russian-German-French Laser Symposium, Kazan, Russia, page 60 (год публикации - 2018)

5. Гончаров А.Н., Бонерт А.Э., Барауля В.И., Тропников М.А., Кузнецов С.А., Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Багаев С.Н. Towards an optical frequency standard base on ultra-cold magnesium atoms Technical Digest of VIII International Symposium "Modern Problems of Laser Physics", Novosibirsk, Russia, page 10 (год публикации - 2018)

6. Прудников О.Н., Ильенков Р.Я., Тайченачев А.В., Юдин В.И. Laser cooling on narrow-line optical transitions Technical Digest of VIII International Symposium "Modern Problems of Laser Physics", Novosibirsk, Russia, стр. 34-35 (год публикации - 2018)