СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ НАКАЧКИ И ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ПЕРЕХОДОВ В КВАНТОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Советский патент 1971 года по МПК H01S1/00 

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к кваиотовомеханическим стандартам частоты, магнитометрам и прочим системам, в которых применим двойной резонанс.

Известно, что процесс создания разности населенностей на рабочих состояниях вспомогательным полем (накачкой) приводит к уширению резонанса и смещению собственной частоты рабочего перехода. В целях уменьшения влияния поля накачки на характеристики рабочего резонанса, в основном на резонансную частоту, был предложен способ импульсной (последовательной) накачки, состоящий в чередовании воздействия полем накачки, создающим разность населенностей пары рабочих уровней, и воздействия резонансным рабочим полем, разрушающим созданную разность населенностей. Информация о рабочем резонансе может быть получена в .период воздействия резонансным полем путем измерения восприимчивости вещества, наблюдением с помощью третьего, контролирующего поля, или же непосредственно по полю накачки.

Для улучшения отношения сигнал/шум и снижения искажений, связанных с асимметрией в спектре резонансного поля, целесообразно повышать частоту следования импульсов поля накачки и резонансного поля, в то

же время естественным пределом для длительности ци.кла, т. е. для частоты следования импульсов, является время релаксации Т2. При этом частота следования импульсов должна быть меньше ширины резонанса, связанного с временем релаксации соотноше.1 -.

ния Д со -. только длительность цикла

TZ

становится меньше времени релаксации, в собственное двилуение поляризованной резонансным полем рабочей пары уровней за время цикла вносится дополнительный фазовый набег за спет изменения резонансной частоты перехода процессом накачки, что приводит к сохранению смещений резонансной час готы полем накачки в среднем.

Цель изобретения - свести к минимуму влияние остаточной поляризации в рабочем СВЧ-переходе, улучшить отношение сигнал/шум при детектировании.

Для этого на рабочую систему одновременно с накачкой воздействуют полем с широким спектром частот.

Условием отсутствия смещений частоты при воздействии поля накач-ки является полное разрушение когерентности (поляризацпи) рабочей пары уровней за время импульса накачки к моменту следующего включения резонансного поля. Такое положение при частоте

следования импульсов большей чем А со - ширина рабочего резонанса - может быть достигнуто за счет дополнительного воздействия, одновременного с импульсом накачки, вызывающего разрушение когерентного движения (поляризации) рабочей лары уровней, но не нарушение процесса накачки, т. е. путем создания эффективного механизма релаксаций когерентности на время действия поля накачки. Воздействие на систему можно осуш:ествлять электромагнитным полем, представляющим собой случайный процесс, время корреляции которого меньше, чем длительность импульса накачки, и который вызывает случайное изменение энергетического интервала пары рабочих уровней, или обмен населенностями рабочей пары с какими-либо соседними состояниями, не изменяющий разности населенностей рабочей пары уровней. Время разрушения когерентности состояний в этом случае определяется мощностью случайного процесса.

В случае оптической накачки сверхтонкой структуры в стандартах частоты на парах щелочных металлов роль поля накачки выполняет оптическое излучение на частотах основного дублета D и DZ со сверхтонкими компонентами в линиях излучения, которое создает разность населенностей уровней сверхтонкой структуры FI, F. Резонансное поле на частоте перехода между рабочими уровнями (Fi, Шр О, FZ, 1Пр 0) создает поляризацию и стремится выравнять населенности. Поле, разрушающее когерентную связь между рабочими уровнями, может быть построено следующим образом. Каждый сверхтонкий уровень расщепляется на 2/- + 1 зеемановских подуровней, переходы которыми лежат в низкочастотной области, создавая поле со случайным спектром, время корреляции которого меньше, чем длительность импульса накачки, а средняя частота совпадает с частотой перехода между зеемановскими уровнями. За время накачки МОЖНо выравнять населенности зеемановских подуровней и разрушить когерентность между уровнями сверхтонкой структуры.

В случае магнитометров с оптической накачкой на парах щелочных металлов разность

населенностей рабочих уровней возникает за счет разности вероятностей оптических переходов с различных зеемановских подуровней под действием поляризованного света накачки. Рабочей парой уровней оказываются уровни тр FI и тр FZ-1. Когерентность этих состояний может разрушаться магнитным полем, определяющим частоту перехода, достаточно наложить импульс магнитного поля, флюктуирующего так, чтобы среднее значение поля за время импульса было равно нулю, а время корреляции--много меньше длительности импульса.

В результате экспериментальной проверки на макете со схемой стандарта частоты на парах было подтверждено, что воздействие одновременно с импульсом накачки шумового радиочастотного поля в виде шумов, спектр

которых вызывал пекогерентное выравнивание населенностей зеемановских уровней, позволило разрушить поляризацию рабочей пары уровней сверхтонкой структуры и устранить влияние поля накачки на частоту рабочего перехода при длительностях импульсов накачки, меньших релаксации.

Предмет изобретения

1.Способ импульсной накачки и детектирования переходов в квантовомеханических системах, заключаюшийся в поочередном воздействии на систему полем накачки и резонансным рабочим полем, отличающийся тем, что, с |целью уменьшения влияния остаточной поляризации и улучшения отношения сигнал/шум при детектировании, одновременно с полем накачки на систему воздействуют полем, разрушающим поляризацию, например электромагнитным полем со спектром частот, время корреляции которого меньше длительности импульса накачки.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что средняя частота спектра электромагнитного

поля совпадает с частотой низкочастотного зеемановского перехода.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что среднее значение электромагнитного поля за

время импульса равно .