Трехфотонное лазерное возбуждение мезоскопических ансамблей холодных ридберговских атомов рубидия

Исследованы спектры трехфотонного лазерного возбуждения по схеме 5S_1/2 → 5P_3/2 → 6S_1/2 → 37P_3/2 мезоскопических ансамблей холодных ридберговских атомов Rb в магнитооптической ловушке с использованием непрерывных одночастотных лазеров на каждой ступени. Ансамбли состояли из 1–5 атомов, и их наличие регистрировалось методом селективной полевой ионизации с постселекцией по числу атомов. Изучена зависимость формы спектра от длительности возбуждающих лазерных импульсов. Для импульсов длительностью 2 мкс минимальная ширина спектра составляла 1.3 МГц и была обусловлена ширинами линий излучения лазеров и спектральной шириной, определяемой длительностью лазерных импульсов. Для импульсов длительностью менее 0.5 мкс наблюдались дополнительное уширение спектров и появление осцилляций Раби на крыльях трехфотонных резонансов, что говорит о достижении нами когерентного трехфотонного лазерного возбуждения ридберговских атомов. Анализ спектров в рамках четырехуровневой теоретической модели на основе оптических уравнений Блоха показал хорошее согласие экспериментальных и теоретических результатов. Была исследована также зависимость формы спектра трехфотонного возбуждения от числа регистрируемых атомов. При увеличении среднего числа атомов в спектрах одноатомного возбуждения наблюдался провал, обусловленный спецификой статистики возбуждения и регистрации ридберговских атомов. Полученные результаты важны для использования ридберговских атомов в квантовой информатике.