Исследование переходов атомов тулия в диапазоне 410 — 420 нм для лазерного охлаждения

Рассмотрена возможность лазерного охлаждения атомов тулия. Методом субдоплеровской лазерной спектроскопии насыщения во встречных пучках исследована сверхтонкая структура двух почти циклических переходов: 4f¹³6s² (J_g = 7/2) ↔ 4f¹²5d_3/26s² (J_e = 9/2) на длине волны λ = 410.6 нм и 4f¹³6s² (J_g = 7/2) ↔ 4f¹²5d_5/26s² (J_e = 9/2) на λ = 420.4 нм. Измерено сверхтонкое расщепление возбужденных уровней, ответственных за эти переходы, и экспериментально определены естественные ширины линий указанных переходов. Аналогичным методом впервые исследована структура близлежащих уровней 4f¹³6s6p (J_e = 5/2) и 4f¹²5d_5/26s² (J_e = 7/2). Выполнен расчет вероятности распада уровней c J_e = 9/2 по каналам, выводящим атомы из охлаждающего цикла. Сделан вывод о том, что для сильного (A = 6 × 10⁷ с^-1) перехода на λ = 410.6 нм вероятность ветвления составляет менее 2 × 10^-5, что делает этот переход наиболее перспективным для реализации лазерного охлаждения. Смоделировано лазерное охлаждение атомов в зеемановском охладителе на переходе. Обсуждается возможность использования лазерно-охлажденного облака атомов тулия для исследования метрологического перехода на λ = 1.14 мкм.