Сотрудники Отдела лазерной физики и инновационных технологий (ОЛФиИТ) Новосибирского государственного университета впервые обнаружили эффект задержки просветления паров рубидия относительно управляющего сигнала, что позволило им усовершенствовать конструкцию атомных часов, сделав их работу более стабильной. Статьи об этом, опубликованные в 2015 и 2016 гг. в журнале Proceedigs of SPIE, кратко пересказывает сайт НГУ.
Исходное открытие было сделано в процессе изучения динамических режимов формирования резонанса когерентного пленения населенностей (КПН) в парах металла рубидия. Это нелинейный эффект, который возникает, когда трехуровневая атомная система, имеющая Λ-конфигурацию (каждый атом взаимодействует с двумя фотонами) переходит в особое суперпозиционное состояние, в котором меньше взаимодействует с оптическими полями. Просветление атомной среды (которую и представляют собой в данном случае пары рубидия) и приводит в появлению спектроскопического резонанса.
По резонансу КПН, как по атомному стандарту частоты, стабилизируется кварцевый генератор, используемый в атомных часах. Именно поэтому стабильность, т. е. точность хода, у таких часов на несколько порядков выше, чем у обычных. Задержка просветления паров рубидия относительно управляющего сигнала, открытая учеными, означает, что можно регулировать ширину и форму получаемого в парах рубидия резонанса, меняя частоту этого сигнала. Благодаря этому новосибирские физики смогли подобрать оптимальный режим формирования резонанса КПН, дающий его максимальную контрастность и стабильность.
В ОЛФиИТ уже создали действующую модель новых атомных часов, представляющих собой комплекс из лазера (который подает управляющий сигнал), ячейки с парами рубидия, фотоприемника и электронной системы, которая управляет параметрами установки и обрабатывает получаемые сигналы. Сейчас на этой установке уже работают студенты и аспиранты-физики НГУ.
Судя по всему, эта конструкция в перспективе может позволить делать атомные часы миниатюрными (размером со спичечный коробок), и в то же время еще более точными, чем раньше. До сих пор при уменьшении размера атомных часов их стабильность ухудшалась. Атомные часы сейчас широко применяются в навигации для точного определения координат автомобилей, самолётов, ракет, в телекоммуникационных системах и других областях, где необходимо сверхточное определение времени. Повышение компактности таких устройств, безусловно, позволит добиться здесь прогресса.
По словам Сергея Кобцева, руководителя ОЛФиИТ НГУ, перспективной разработкой факультета активно интересуются как в России, так и за рубежом: «Два года подряд нам предоставляют возможность рассказать о результатах наших исследований в области атомных часов на крупнейшей международной конференции по фотонике Photonics West, молодые ученые НГУ Сергей Хрипунов и Даба Раднатаров выступили с приглашенным и устным докладом соответственно в прошлом и в этом году».
