Світловий тиск на наночастинки у полі зустрічних біхроматичних хвиль з додатковим каналом релаксації населеності збудженого стану
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.4.219Ключові слова:
атоми, наночастинки, лазерне випромiнювання, свiтловий тискАнотація
Розглянуто силу свiтлового тиску на наночастинки, що мiстять домiшки атомiв або центри забарвлення, якi резонан-сно взаємодiють з полем. Наявне кристалiчне оточення у загальному випадку унеможливлює формування дворiвневої схеми взаємодiї атома або центра забарвлення з полем завдяки зняттю заборони на частину переходiв зi спонтанним випромiнюванням. У результатi частина атомiв перебуває у станах, якi не взаємодiють з полем лазерного випромiнювання, але якi з часом релаксують до основного стану. Побудовано теорiю, яка дозволяє розрахувати силу свiтлового тиску на атоми чи центр забарвлення (i, вiдповiдно, на наночастинку, в якiй вони перебувають) у залежностi вiд параметрiв їхньої взаємодiї з полем та параметрiв релаксацiї збудженого стану i промiжних станiв. Для вивчення впливу рiзних факторiв на силу свiтлового тиску розрахунки проведенi для модельної сукупностi параметрiв, а також для параметрiв, якi визначають взаємодiю тризарядних iонiв ербiю у допованих ним кристалах Y2SiO5 та центрiв забарвлення, що виникають завдяки розташуванню атомiв кремнiю в дефектах кристала алмазу. Як виявилося, завдяки центрам забарвлення можна на кiлька порядкiв пiдняти силу тиску свiтла на малi, значно меншi за довжину хвилi, наночастинки.
Посилання
J.L. Killian, F. Ye, M.D. Wang. Optical tweezers: A force to Be reckoned with. Cell. 175, 1445 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.11.019
P. Polimeno, A. Magazz'u, M.A. Iat'ı, F. Patti, R. Saija, C.D. Esposti Boschi, M.G. Donato, P.G. Gucciardi, P.H. Jones, G. Volpe, et al. Optical tweezers and their applications. J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 218, 131 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2018.07.013
S.T. M¨uller, D.V. Magalh.aes, R.F. Alves, V.S. Bagnato. Compact frequency standard based on an intracavity sample of cold cesium atoms. J. Opt. Soc. Am. B 28, 2592 (2011).
https://doi.org/10.1364/JOSAB.28.002592
V. Shah, R. Lutwak, R. Stoner, M. Mescher. A compact and low-power cold atom clock. In: 2012 IEEE International Frequency Control Symposium Proceedings (2012), p. 1.
https://doi.org/10.1109/FCS.2012.6243691
F.P. dos Santos, S. Bonvalot. Cold-Atom Absolute Gravimetry (Springer International Publishing, 2016).
https://doi.org/10.1007/978-3-319-02370-0_30-1
V.G. Minogin, V.S. Letokhov. Laser Light Pressure on Atoms (Gordon and Breach, 1987).
H.J. Metcalf, P. van der Stratten. Laser Cooling and Trapping (Springer-Verlag, 1999).
https://doi.org/10.1007/978-1-4612-1470-0
A.P. Kazantsev. Acceleration of atoms by light. Zh. Eksp. Teor. Fiz. 66, 1599 (1974) (in Russian).
V.S. Voitsekhovich, M.V. Danileiko, A.M. Negriiko, V.I. Romanenko, L.P. Yatsenko. Light pressure on atoms in counterpropagating amplitude-modulated waves. Sov. Phys. Tech. Phys. 33, 690 (1988).
V.S. Voitsekhovich, M.V. Danileiko, A.N. Negriiko, V.I. Romanenko, L.P. Yatsenko. Observation of a stimulated radiation pressure of amplitude-modulated light on atoms. JETP Lett. 49, 161 (1989).
J. S¨oding, R. Grimm, Y. Ovchinnikov, P. Bouyer, C. Salomon. Short-Distance atomic beam deceleration with a stimulated light force. Phys. Rev. Lett. 78, 1420 (1997).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.1420
L. Yatsenko, H. Metcalf. Dressed-atom description of the bichromatic force. Phys. Rev. A 70, 063402 (2004).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.70.063402
A.M. Negriiko, V.I. Romanenko, L.P. Yatsenko. Dynamics of Atoms and Molecules in Coherent Laser Fields (Naukova dumka, 2008) (in Russian).
H. Metcalf. Strong optical forces on atoms in multifrequency light. Rev. Mod. Phys. 89, 041001 (2017).
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.89.041001
V.I. Romanenko, L.P. Yatsenko. Stimulated radiation pressure acting on an atom nonadiabatically interacting with the field of counterpropagating frequency-modulated waves. JETP Lett. 86, 756 (2007).
https://doi.org/10.1134/S0021364007240022
V. Romanenko, B. Shore, L. Yatsenko. Forces exerted on atoms by stochastic laser fields. Optics Communications 268, 121 (2006) ISSN 0030- 4018.
https://doi.org/10.1016/j.optcom.2006.06.065
V.I. Romanenko, L.P. Yatsenko. Theory of onedimensional trapping of atoms by counterpropagating short pulse trains. J. Phys. B: Atomic, Molecular and Optical Phys. 44, 115305 (2011).
https://doi.org/10.1088/0953-4075/44/11/115305
V.I. Romanenko, Y.G. Udovitskaya, A.V. Romanenko, L.P. Yatsenko. Cooling and trapping of atoms and molecules by counterpropagating pulse trains. Phys. Rev. A 90, 053421 (2014).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.90.053421
V.I. Romanenko, O.V. Romanenko, L.P. Yatsenko. An optical trap for atoms on the basis of counter-propagating bichromatic light waves. Ukr. J. Phys. 61, 309 (2016).
https://doi.org/10.15407/ujpe61.04.0309
V.I. Romanenko, N.V. Kornilovska. Atoms in the counterpropagating frequency-modulated waves: splitting, cooling, confinement. Eur. Phys. J. D 71, 229 (2017).
https://doi.org/10.1140/epjd/e2017-80109-7
M. Kerker. The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiation (Academic press, 1969).
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-404550-7.50008-7
L. Podlecki, R. Glover, J. Martin, T. Bastin. Radiation pressure on a two-level atom: An exact analytical approach. JOSA B 35, 127 (2018).
https://doi.org/10.1364/JOSAB.35.000127
L. Podlecki, J. Martin, T. Bastin. Radiation pressure on single atoms: Generalization of an exact analytical approach to multilevel atoms. J. Opt. Soc. Am. B 38, 3244 (2021).
https://doi.org/10.1364/JOSAB.433090
V.I. Romanenko, L.P. Yatsenko. Evolution of the velocity distribution of atoms under the action of the bichromatic force. Phys. Rev. A 103, 043104 (2021).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.103.043104
R.L. Cone, C.W. Thiel, Y. Sun, T. B¨ottger, R.M. Macfarlane. Rare-earth-doped materials with application to optical signal processing, = quantum information science, and medical imaging technology. Proc. SPIE 8272, 82720E (2012).
https://doi.org/10.1117/12.909154
E. Baldit, K. Bencheikh, P. Monnier, S. Briaudeau, J.A. Levenson, V. Crozatier, I. Lorger'e, F. Bretenaker, J.L. Le Gou¨et, O. Guillot-No'el et al. Identification of Λ-like systems in Er3+: Y2SiO5 and observation of electromagnetically induced transparency. Phys. Rev. B 81, 144303 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.144303
B. Shore. The Theory of Coherent Atomic Excitation (Wiley, 1990), Vol. 1. 28. T. B¨ottger, C.W. Thiel, Y. Sun, R.L. Cone. Optical decoherence and spectral diffusion at 1.5 μm in Er3+: Y2SiO5 versus magnetic field, temperature, and Er3+ concentration. Phys. Rev. B 73, 075101 (2006).
R.E. Evans, A. Sipahigil, D.D. Sukachev, A.S. Zibrov, M.D. Lukin. Narrow-linewidth homogeneous optical emitters in diamond nanostructures via silicon ion implantation. Phys. Rev. Applied 5, 044010 (2016).
https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.5.044010
M.K. Bhaskar, D.D. Sukachev, A. Sipahigil, R.E. Evans, M.J. Burek, C.T. Nguyen, L.J. Rogers, P. Siyushev, M.H. Metsch, H. Park et al. Quantum nonlinear optics with a germanium-vacancy color center in a nanoscale diamond waveguide. Phys. Rev. Lett. 118, 223603 (2017).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.223603
C. Hepp, T. M¨uller, V. Waselowski, J.N. Becker, B. Pingault, H. Sternschulte, D. Steinm¨uller-Nethl, A. Gali, J.R. Maze, M. Atat¨ure et al.. Electronic structure of the silicon vacancy color center in diamond. Phys. Rev. Lett. 112, 036405 (2014).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.036405
Y. Harada, T. Asakura. Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scattering regime. Optics Communications 124, 529 (1996).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
