論文の概要: Theory of nonlinear sub-Doppler laser spectroscopy taking into account
atomic-motion-induced density-dependent effects in a gas
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.06123v1
- Date: Tue, 21 Nov 2023 14:18:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-15 08:25:10.439015
- Title: Theory of nonlinear sub-Doppler laser spectroscopy taking into account
atomic-motion-induced density-dependent effects in a gas
- Title（参考訳）: 原子運動誘起密度依存性効果を考慮した非線形サブドップラーレーザー分光法の理論
- Authors: V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, M. Yu. Basalaev, O. N. Prudnikov, V.
G. Pal'chikov, T. Zanon-Willette, S. N. Bagayev
- Abstract要約: 平均場におけるマクスウェル・ブロッホ方程式の自己整合解と単原子密度行列近似を開発する。
これにより、気体中の原子の自由運動による影響を正しく考慮することができる。
このアプローチの枠組みの中では、任意の数の共鳴波とガス媒質の任意の光学的厚さに対して光場の解析式が得られた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We develop a field-nonlinear theory of sub-Doppler spectroscopy in a gas of
two-level atoms, based on a self-consistent solution of the Maxwell-Bloch
equations in the mean field and single-atom density matrix approximations. This
makes it possible to correctly take into account the effects caused by the free
motion of atoms in a gas, which lead to a nonlinear dependence of the
spectroscopic signal on the atomic density even in the absent of a direct
interatomic interaction (e.g., dipole-dipole interaction). Within the framework
of this approach, analytical expressions for the light field were obtained for
an arbitrary number of resonant waves and arbitrary optical thickness of a gas
medium. Sub-Doppler spectroscopy in the transmission signal for two
counterpropagating and co-propagating waves has been studied in detail. A
previously unknown red shift of a narrow sub-Doppler resonance is predicted in
a counterpropagating waves scheme, when the frequency of one wave is fixed and
the frequency of the other wave is varied. The magnitude of this shift depends
on the atomic density and can be more than an order of magnitude greater than
the known shift from the interatomic dipole-dipole interaction (Lorentz-Lorenz
shift). The found effects, caused by the free motion of atoms, require a
significant revision of the existing picture of spectroscopic effects depending
on the density of atoms in a gas. Apart of fundamental aspect, obtained results
are important for precision laser spectroscopy and optical atomic clocks.
- Abstract（参考訳）: 平均場におけるマクスウェルブロッホ方程式と単原子密度行列近似の自己整合解に基づいて、2レベル原子の気体中のサブドップラー分光法の場非線形理論を開発した。
これにより、ガス中の原子の自由運動による効果を正しく考慮することができ、直接原子間相互作用(例えば双極子-双極子相互作用)がなくても、分光信号が原子密度に非線形に依存することにつながる。
このアプローチの枠組みの中では、任意の数の共鳴波とガス媒体の任意の光学的厚さに対して光場の解析式が得られた。
2つの逆伝搬波と共伝播波の伝送信号におけるサブドップラー分光について詳細に研究した。
一方の波の周波数が固定され、他方の波の周波数が変化した場合、反伝搬波スキームにおいて、狭小サブドップラー共鳴の既知赤方偏移を予測する。
このシフトの大きさは原子密度に依存し、原子間双極子-双極子相互作用(lorentz-lorenzシフト)からの既知のシフトよりも1桁以上大きい。
発見された効果は、原子の自由運動によって引き起こされ、ガス中の原子の密度に依存する既存の分光効果のイメージを著しく修正する必要がある。
基礎的な側面とは別に、得られた結果は精密レーザー分光法や光学原子時計において重要である。
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