Introduction
Son yirmi yıl içinde, çeşitli soğutma teknikleri Bose-Einstein kondansatlan (BEC) üretilmesi için geliştirilmiş olan ve sıcak atom buharlar, 1, 2, 3, 4, 5 ila Fermi gazlar (DPG) dejenere. BEC ve DFG kadar, normal olarak yeryüzünde veya boşluk bulunan çok altında son derece düşük sıcaklıklarda mevcut buluşun konusunu oluşturan yeni fazlar tam sıfır sıcaklığının üzerinde bir dereceye, genellikle milyonda biri vardır. Bu düşük sıcaklıklar elde etmek için, en soğutma yöntemleri, buharlaşma atomuna soğumaya bindirme potansiyelini düşürmek dayanır. Bununla birlikte, düşürme düzeni aynı zamanda gaz kuantum rejimi 6 ulaştığında, soğutma etkinliğini sınırlar atomlu çarpışma hızı azalır. Bu yazıda, buharlaşarak ayrılırken olmadan bir ODT bir ultracold Fermi gazı soğutmak için bir "kovma" yöntem mevcutTuzak derinliği düşürülmesi. Bu yöntem, parametrik düşürücü şemaları 7, 8, 9 ile karşılaştırıldığında birçok avantaja gösteren, 7 soğutma son çalışmaya dayanmaktadır.
Parametrik Şema temel fikri yakalama potansiyeli kenarına yakın sıcak atomuna merkezinde soğuk atomu daha düşük tutucu frekansları hissettiren çapraz kiriş ODT ait anharmonicity kullanılmasıdır. Bu anharmonicity yüksek enerjili atomuna sahip rezonant frekanslarda yakalama potansiyeli modüle ederken sıcak atomuna seçici tuzağından dışarı atılmasını sağlar.
Parametrik soğutma deneysel protokol dejenere sıcaklığına yakın bir önceden soğutulmuş noninteracting Fermi gaz gerektirir. Bu protokol uygulamak için, bir akusto-optik modülatör (AOM) controllin ile yakalama, ışınların yoğunluğunu modüle etmek için kullanılmaktadırg modülasyon frekansı, derinlik ve zaman. Soğutma etkisini doğrulamak için, atomik bulutu bir rezonant lazer ışını, bir yük bağlı aygıt (CCD) kamera tarafından yakalanır atomik bulutu ve emici gölge aydınlatan time-of-flight (TOF) emme görüntüleme ile incelenir. Bu tür atomu sayısı, enerji, ve sıcaklık gibi bulut özellikleri, sütun yoğunluğu ile tespit edilir. Soğutma etkisini karakterize etmek için, çeşitli modülasyon kez bulut enerjilerinin bağımlılığını ölçmek.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Not: Bu protokol, aşağıdaki donanım bir ev dahili ultracold atomu aparatı gerektirir: iki harici kavite diyot lazerler (ECDL'yi), ECDL'nin için bir kilitleme kurulum 10 kilitleme frekans ofset, ODT için bir fiber lazer, lazer yoğunluğu modülasyonu için bir AOM bir kaynak jeneratör ve bir güç amplifikatörü ile bir radyo frekansı (rF) anten sistemi, bir CCD kamera ile bir emme görüntüleme sistemi, sıralı ve veri toplama (VTC), görüntüleme işleme ve veri analizi için bir bilgisayar programı zamanlama için bir bilgisayar programı, Muayene ve çapraz manyetik alanlar için bir çift elektromıknatıs öngörülmüş, ve daha yavaş (Şekil 1 'de gösterildiği gibi) bir 6 Li buhar fırın ve Zeeman içeren ileri derecede yüksek vakum odası.
Dikkat: Farklı güçler ve dalga boyları üç lazerler kullanılır. İlgili lazer güvenlik bilgi formlarını referans ve uygun lazer koruyucu gözlük seçiniz.
1. Zamanlama Control
Not: tüm zamanlama dizileri, bir zamanlama kontrol programı ile bir 128 kanalı PCI DAQ kart tarafından kontrol edilir. zamanlama dizisinin çözünürlüğü 100 ms'den. Çeşitli aletleri kontrol programları vb fiber lazer Rastlantısal fonksiyon jeneratöründen (AFG), ODT AFG, keyfi darbe üreteci (APG), parametre modülasyon AFG, Muayene multiplekser, rf jeneratörü gibi aletler, ayarları kontrol etmek için kullanılır.
- Zamanlama kontrol programını ve aletler için kontrol programları açın.
Not: zamanlama kontrol programı zamanlama kontrol dosyaları çalıştırmak için bir kontrol terminallerine TTL (Transistörler mantık) sinyaller gönderir. Bazı cihazlar, gerçek zamanlı kontrol için GPIB (IEEE 488) ile bilgisayara bağlanır. - Deney zamanlama dosyasını yazın ve Tablo 1'de listelendiği gibi zamanlama parametrelerini ayarlamak.
Not: Muayene zamanı sırası sonra da Şekil 2'de gösterilmektedir. 2. CCD Kamera Hazırlık - CCD kamera sürücüsü ve kontrol programının açın. Parçacık görüntü velosimetri (PIV) moduna ila 11 CCD kamera ayarlayın. 5 ms için CCD pozlama süresini ayarlayın.
NOT: PIV modu emme görüntüleme Sinyal-gürültü oranını artırır sinyali ve referans çerçevesi arasındaki zaman boşluğu azaltır. - CCD pozlama kontrolü için harici tetiği kullanın
NOT: CCD tetik süresi Tablo 1'de listelenmiştir. - MOT Lazer Hazırlık
NOT: Optik kurulum ve DLCM yönteminin ilgili sonuçlar Referans 10 sunulmuştur.- 6 Li atom buhar hücre ısıtıcısı açın ve 340 ° C'ye ısıtın.
- 1 saat boyunca AOM kilitleme lazer ısıtın.
- lazer frekansı kilit kontrolörü açın ve yazılımını açın. yazılımda ECDL lazer ızgara ve güncel modülasyon açın.
Not: modülasyon frekansı ve rendeleme modülasyonun büyüklüğü sırasıyla 5 Hz ve 1.0 V olarak ayarlanmıştır. Mevcut modülasyonu frekans ve genlik lazer çizgi genişliğine azaltmak için 100 kHz ve sırasıyla 0.0015 V tt ayarlanır 10. - ECDL emisyonu açın.
Not: Lazer ışığı MOTOR optik kurulum geçer ve deney vakum odasına ulaşır. - Şekil 3b'de gösterildiği gibi, 6 Li D2 hattının kilit-hata sinyali, gözlenene kadar hafif ayarlamak için elle lazer frekansı ECDL'yi lazer akımını ayarlamak.
- 2 2 p 3/2 geçiş → 2 2S 1/2 (F = 3/2) için kumanda yazılımında kilit noktasını ayarlayın (Şekil 3a bakınız, 3b). Daha sonra, bu geçiş lazer frekansı kilit ve geçiş 10 merkezi kilit noktasını ayarlamak.
Not: lazer frekansı kilitlendiğinde, kilit-hata sinyali, kilit noktası etrafında frekans dalgalanması karşılık gelen kilit noktasında küçük bir dalgalanma gösterir.
- Görüntüleme Lazer Hazırlık
NOT: Optik kurulum ve ofset kilitleme yönteminin ilgili sonuçlar Referans 10 sunulmuştur.- Ofset kilitleme rf sinyal jeneratörü açın.
- ızgara modülasyonu açın ve 2 V modülasyon genliği artırmak
- 3.1.4.-3.1.5 frekans ayarlama işlemi tekrarlayın. osiloskop lazer frekansı dayak hata sinyalini ve rf spektrum analizi alır.
- İki PID geribesleme modülleriyle kilitleme ofset dövülmesi sinyaline lazer frekansını kilitleyin.
Not: lazer frekansı kilitlendiğinde, rf spektrumunda dayak sinyalinin spektrum kilitleme noktasında durur.
- Bir APG açmave görüntüleme ışın AOM.
- 10 us için görüntüleme darbe süresi ayarlayın ve 5.5 ms, iki görüntüleme kare arasındaki ayrılma süresini ayarlamak.
- I doymuş burada n = 2.54 mW / cm2 6 Li D2 hattının doymuş emme yoğunluğu I, doymuş yaklaşık 0.3 görüntüleme ışın yoğunluğunu ayarlar.
- Yavaş Atom Kaynak
- fırın ısıtıcıları açın.
- Fırın sıcaklıkları (Tablo 2'ye bakın) işlevsel bölge ulaştıktan sonra, daha yavaş Zeeman soğutma fanları açın. Daha sonra yavaş yavaş, sırasıyla 7 A ve 1 A, iki çapraz bobinler güncel yavaş 9.2 A Hafta akımını artırmak.
NOT:Tablo 2'de listelenen fırının sıcaklık dağılımı atom kaynağı 12'nin kolimasyon ve ömrü için optimize edilmiştir. Fırın ısıtıcısı konumu Şekil 4'te gösterilmiştir. - atomik deklanşöre açarak elle Zeeman yavaş lazer ışınını engelini kaldırın. 192 MHz, lazer ışınının frekansı ayarlama 2 2 P 3/2 geçiş → 2 2S 1/2 (F = 3/2) kırmızı-detuned.
NOT: Bu düzenleme ile, atomların hızı 100 m / s 1400 m / s yavaşlatılır. Yavaş Zeeman Şekil 5 'de gösterilmiştir.
- Manyetik alan Gradyan
NOT: Bu düzenek, bir anti-Helmholtz veya Helmholtz manyetik alan ya da üretilmesi için bir H-köprü devresi tarafından kontrol edilen bir çift bobini kullanır. bobinler aşırı ısınmasını önlemek için soğutuldu sudur.- Yavaşça 6 gal / dk su akışı açın.
- Muayene yükleme zamanlama dosyası ile zamanlama kontrol programı çalıştırılarak, anti-Helmholtz manyetik alan yapılandırma için, H-köprü ayarlayın.
- mıknatısların güç kaynakları açın ve Muayene için yaklaşık 22 g / cm arasında bir manyetik alan gradyanı onun kontrol programı vasıtasıyla yaklaşık 18 A, her bobin akımını ayarlamak.
NOT: Manyetik alan gradyan açıldıktan sonra statik MOT deney odasında gözlenmektedir.
- Dinamik MOT
NOT: 6 Li MOT optik kurulum birbirine dik her çiftiyle MOT kirişler çoğaltım sayaç üç çift içerir. Her Muayene kiriş bir soğutma ışını ve yeniden pompalanması esnasında çubuğu kapsamaktadır. yoğunlukları ve AOMs tarafından kontrol edilir kirişler, frekans detunings, üç faz için çeşitlidir. AOMs kontrol voltajları bir zamanlama kontrol sistemi tarafından komut çoklayıcı devreleri üzerinden ayarlanır. Üç faz için parametreler Tablo 3'te listelenmektedir. optik layMOTOR kirişlerin arasından, Şekil 6'da gösterilmektedir.- Yük, derlemek ve yazılım kontrolü ile bir döngü zamanlama kontrolü programında deney zamanlama dosyasını çalıştırın. Deney zamanlama Muayene yükleme aşaması ile başlar. Muayene yaklaşık 10 9 atomlarını belirtir 2 V, ulaşmak için fotodedektör MOT floresan sinyali izler.
NOT: MOT floresan yaklaşık 10 -4 rad uzamsal açıyla bir lens tarafından toplanır. Yükleme aşaması atom numarası: Referans 13 deki yöntem ile hesaplanabilir. - Yükleme aşaması sona ermeden önce yavaş ışın engellemek için optik deklanşör kullan.
NOT: yavaş kiriş kapağın zamanlaması Tablo 1 'de listelenen deney zamanlama kontrolü altındadır. - Ayar yoğunlukları ve soğutma fazı için Tablo 3'e göre MOTOR lazer ışınları frekans detunings.
NOT: Soğutma aşamasından sonra, sıcaklığıMuayene yaklaşık 300 μK düşürülür. - pompalama fazı için, program dosyasını zamanlama deney AOM ile yeniden pompalanması esnasında kirişler kapatmak için.
Not: pompalama aşaması en aşırı ince durumları 2 2S 1/2 (= 1/2 F) her atomuna pompalar. - MOTOR kirişler kapatın ve AOM ile atomik geçiş rezonans altında lazer frekansı 30 MHz kayması ve optik panjur AOMs gelen sızıntı ışığı bloke eder.
Not: Muayene aşamadan sonra atom buluta rezonans herhangi bir ışık kaçağı atomu kaybına neden olur. AOM kontrol ve Muayene kiriş kapağın zamanlaması her Tablo 1 'de listelenmiştir. - Dinamik MOT sonra kameradan görüntü kareleri edinirler. MOT emilim görüntüleme alın.
NOT: MOT atom numarası 10 7 pompalama fazı sonradır. Muayene için tipik bir emme görüntü Şekil 7a'da gösterilmiştir.
- Yük, derlemek ve yazılım kontrolü ile bir döngü zamanlama kontrolü programında deney zamanlama dosyasını çalıştırın. Deney zamanlama Muayene yükleme aşaması ile başlar. Muayene yaklaşık 10 9 atomlarını belirtir 2 V, ulaşmak için fotodedektör MOT floresan sinyali izler.
- Optik Dipol Tuzak
NOT: ODT ultracold Fermi gazları oluşturmak için ana araçtır. Derin ODT, 1064 nm dalga boyunda 100 W emisyon gücü olan bir fiber lazer üretmek için kullanılmaktadır. ODT kurulumu, Şekil 8'de gösterilmiştir.- Lazer ışını döker soğutulması için su akışı açın.
- El ile 1 V ODT AOM kontrol gerilimini ayarlar. 13 W emisyon gücü ile fiber lazer açın.
- kızılötesi ışık görüntüleyici ile ODT optik kontrol edin ve argon gazı akışı ile herhangi bir toz kaldırmak.
NOT: optik üzerindeki toz ODT'nin mekansal profilini değiştirmek ve ODT'nin istikrarsızlığa yol açabilir. - AFG kontrol programı vasıtasıyla bir lazer darbesi üretmek üzere fiber lazer OİA komutu.
Not: Lazer darbesinin çıkış deney zamanlaması tetiklenir ve bu darbenin başlangıç zamanı Muayene yükleme aşaması bitmeden önce 14 ms olarak ayarlanır. DarbeE dizisi kumandası, Şekil 1 'de gösterilmiştir, ve zamanlama Tablo 1' de listelenmiştir. - El ile 8 V (doymuş RF güç% 80) için ODT AOM kontrol gerilimini ayarlamak.
Not: AOM sürücünün en RF gücü termal mercek etkisini azaltmak için, doymuş güç% 80 ile sınırlı olmalıdır. - Kameradan MOT ve ODT'nin emilim görüntüler elde.
NOT: emilim görüntüleme yoluyla MOT ve ODT'nin çakışmasını kontrol edin. Şekil 7b, sırasıyla Muayene ve ODT, tipik emme görüntüleri gösterir.
- Önyargı Manyetik Alan ve Spin Karıştırma rf Saha
NOT: Bir etkileşim Fermi gaz üretmek için, dikey yönde bir öngerilim manyetik alanı ayarlamak s -Wave saçılma uzunluğu uygulanır.- Deney zamanlama programı H-köprü ayarlama böylece Helmholtz anti-Helmholtz manyetik alan yapılandırma değişir.
NOT: Helmholtz bobinler etkileşmeleri ayarlanması için öngerilim manyetik alanı üretir. - Kanal 2 ve mıknatıslar kontrol programının kanalı 3 527.3 G 330, G, öngerilim manyetik alanı ayarlayın.
- Muayene kapatıldıktan sonra 330 G 0 G manyetik alan süpürme deneyi zamanlama sekansı Program.
NOT: Bu manyetik alan süpürme standart evaporatif soğutma için zayıf etkileşim 6 Li Fermi gazı hazırlar. - Bir noninteracting Fermi gazı 14 için 527 G 330, G bir manyetik alan taraması Program.
Not: 6.2.1-6.2.4 gelen manyetik alan dizisi. Şekil 1 'de gösterilmektedir, ve zamanlama Tablo 1' de listelenmiştir. - 6 Li en düşük iki aşırı ince durumları 2 2S 1/2 50:50 karışımı (F = 1/2, m F = ± 1/2) oluşturmak için gürültülü bir RF atımı uygulanır.
- atomunda rezonant Ayarlama kilitli lazer frekansı527.3 G rf sinyalin çıkış frekansı değiştirilerek (düşük manyetik alan 2 2 P 3/2 → geçiş 2 2S 1/2 (F = 1/2, mF = -1/2) tekabül eder) jeneratör.
NOT: rezonans frekansı frekans ayarlamasını yönlendirmek için kullanılır emme görüntüleme, atom numarası en üst düzeye çıkarır. Sadece spin-aşağı atomuna 50:50 eğirme karışımları deney için kullanıldığı için atomik bulut sunmak için görüntülenmiş.
- Deney zamanlama programı H-köprü ayarlama böylece Helmholtz anti-Helmholtz manyetik alan yapılandırma değişir.
- Düşürülmesi Tuzak Evaporatif Soğutma
Not: Standart bir buharlaşmalı soğutma dejenere rejimi yakınındaki 6 Li fermiyonik atomuna soğutmak için kullanılır. Buharlaştırıcı soğutma ilk aşaması fiber lazer darbesi tarafından kontrol edilir ve ikinci ODT AOM ile kontrol edilir. yakın dejenere Fermi gazı parametre soğutma için numune olarak kullanılır.- evaporatif soğutma zekâ ilk aşamasını başlath sonra tekrar 0.1 U 0, U 0 ODT tuzak derinliğini artırır fiber lazer gücü, darbe göndererek kontrol yazılımı (U 0 100 W bir lazer gücü ile tam tuzak derinliği). Bu aşamanın toplam süresi 0.5 saniyedir.
Not: darbe süresi U 0 karşılık gelen termik mercek etkisini önlemek için 0,5 saniye ile sınırlı olmalıdır. - Program, üstel eğri ile ODT AOM, Şekil 1 'de gösterildiği gibi. Buharlaştırıcı soğutma ilk aşaması tamamlandıktan sonra, 30 ms beklemek ve ODT AOM ile U 0 0.01 U 0 0.1 tuzak derinliği düşürerek buharlaştırıcı soğutma ikinci aşama başlar. Bu aşamanın toplam süresi 1.5 saniyedir.
- Buharlaştırıcı soğutma sonra soğuk atomlu emme görüntüleme elde edin.
Not: yaklaşık 10 5 atomuna buharlaştırıcı soğutma sonrası ODT içinde bırakılır, hesaplanabiliremme görüntüsü.
- evaporatif soğutma zekâ ilk aşamasını başlath sonra tekrar 0.1 U 0, U 0 ODT tuzak derinliğini artırır fiber lazer gücü, darbe göndererek kontrol yazılımı (U 0 100 W bir lazer gücü ile tam tuzak derinliği). Bu aşamanın toplam süresi 0.5 saniyedir.
- Tuzak Derinlik Modülasyon
- 527.3 G. Modulate U (Tm) = 0.01 U 0 ile ODT AOM ile tuzak derinliği manyetik taramadan sonra 100 ms beklemek δ modülasyon derinliği ve ω (1 + δ cos (ω m Tm)), burada m, modülasyon frekansı. Parametrik modülasyon AFG kontrol programında modülasyon süresi t m ayarlayın. Modülasyon süresi dizisi Şekil 1'de gösterilmektedir.
NOT: Bu parametrik soğutma uygulanması önemli bir adımdır. - aniden yakalama kirişler kapatarak ODT atomları serbest bırakmak için APG Program. Gaz balistik emilim görüntüleme uygulamadan önce 300 us için genişletmek edelim.
NOT: balistik genişleme Tempe almak için TOF emme görüntüleme kullanılırSoğuk atomlu rature. - parametrik soğutmadan sonra soğuk atomlu emme görüntü elde.
- 527.3 G. Modulate U (Tm) = 0.01 U 0 ile ODT AOM ile tuzak derinliği manyetik taramadan sonra 100 ms beklemek δ modülasyon derinliği ve ω (1 + δ cos (ω m Tm)), burada m, modülasyon frekansı. Parametrik modülasyon AFG kontrol programında modülasyon süresi t m ayarlayın. Modülasyon süresi dizisi Şekil 1'de gösterilmektedir.
- Zaman Bağımlılık Ölçümü
Not: daha önceki çalışmamızda 7, parametrik soğutma optimize frekans ω x 0.01 U 0 ODT radyal bindirme frekansıdır 1.45 ω x olarak bulunmuştur. Bu frekansı kullanarak, selektif eksen yönü boyunca yüksek enerjili atomuna kaldırabilir.- Parametrik modülasyon AFG kontrol programı vasıtasıyla = 0.5 ö modülasyon derinliği ayarlayın.
- modülasyonu döngü numaraları değiştirilerek 0 600 ms arasında modülasyon süresini değiştirmek için parametrik modülasyon AFG dış tetik kontrol işlevini kullanın.
NOT: modülasyon zaman artması ile, atomik bulutun büyüklüğü, özellikle de eksenel yönde azalır. Ilgili sonuçlar Şekil 9'da gösterilmektedir. kameradan görüntü kareleri elde edin. Kaydet ve CCD kontrol programı üzerinden resim analiz edin.
NOT: CCD kamera soğuk atomların temel tanı aracıdır soğuk atomların soğurma görüntüleme, kaydetmek için kullanılır.
3. 671 nm lazer hazırlanması
Not: 500 mW çıkış gücü 671 nm, tek bir frekans ECDL'yi MOTOR soğutma ve bindirme profil üretmek için kullanılır. 35 mW bir başka 671 nm ECDL'yi emme görüntülenmesi için kullanılır. Dijital bir lazer akımı modülasyon yöntemi (DLCM)lazer frekansı stabilize 10 uygulanır. Ilgili 6 Li enerji düzeyleri Şekil 3a'da gösterilmektedir. 20 ± 1 ° C oda sıcaklığı stabilitesi lazer frekansı kilitleme optimal stabilite için gereklidir.
4. Emme Görüntüleme hazırlanması
Not: atomuna iki görüntü karelerinin ihtiyacı emme görüntüleme ile sondalandı. atomuna sahip birinci bir sinyal çerçeve ve atomlarına sahip olmayan ikinci bir referans çerçevesi.
Muayene ile 5. Soğutma Atomlar
Not: Muayene ultracold atomuna deneylerde yaygın olarak kullanılan bir soğutma yöntemidir. Bu bölüm, 300 μK etrafında bir milyar 6 Li atomlu bir Muayene oluşturur.
7. Parametrik Soğutma
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu protokolü kullanarak, önceki yayında 7'de tespit edilmiştir, her ikisi de optimize modülasyon frekansı ve genliği ile modülasyon zamanında parametrik soğutma bağımlılığını araştırmak. İlk olarak T / T, F ≈ 1.2 sıcaklıkta en düşük iki aşırı ince eyalette 6 Li atomlu bir noninteracting Fermi gaz hazırlar. Burada, T, F = (6N) 1/3 h ω / K = 5.2 μK atomu sayısı, N = spin başına 1.7 x 10 5 ve geometrik ortalama yakalama frekans co = (ω x ω y ω z) 1 ile belirlenir / 3 = 2π x (2250 x 2450 x 220), 1/3 Hz, H indirgenmiş Planck sabittir ve k B Boltzmann sabitidir. Zaman-bağımlı sonuçlar 1.45ω x modülasyon frekansı ve 0.5 modülasyon derinliği ile, Şekil 9'da gösterilmektedir. Atomik bulutlar (Şekil 9a) TOF emme görüntüler sürekli parametrik soğutma ile azaltılır mutlak sıcaklık gösteren, modülasyon zaman artan eksenel bulut boyutunun önemli bir azalma göstermektedir.
Kantitatif soğutma etkisi tarif için, kullanılan e (X, Z) / E F E F Fermi enerjisi ve E (x, z) ultracold Fermi gazlar 7, için etkili bir termometre olarak radyal atom bulut enerjiler sırasıyla ve eksenel yönde. Biz öncelikle atom bulutundan sayı bağımsız ortalama kare boyutu (NIMS) ayıklamak. Daha sonra NIMS, biz, Şekil 9'da (X, Z) / E F E hesaplamakb. Yaklaşık 500 ms modülasyon sonra E Z / E F 0.90 1,80 önemli ölçüde azalır ve E x / E F hafif 1.25 1,20 ila hafifçe artar. Şekil 9b, içerlek azalan atomik sayı atomuna tuzak dışına çıkartılır göstermektedir. Bu parametre soğutma radyal bir Fermi enerji üzerinde hala iken eksenel yönde enerji Fermi enerjisinin altında olan bir anizotropik bir şekilde, atomik bulut enerjisini değiştirdiğine bulabilirsiniz. Eksenel ve radyal yönde (Şekil 9b) 'de başlangıç eşit olmayan enerjileri 6.3'te uygulanan düşürülmesi hızlı tuzağı ile üretilen olduğu not edilmelidir. Radyal enerji zorlukla değiştirilirken parametrik soğutulduktan sonra eksenel yönde enerji önemli ölçüde azalır. Bu sonuç parametrik soğutma enerjisi anizotropiktir bulut değiştirir biçimini gösterir. Bu anizotropik etkisi nedeni olduğunaçapraz kiriş ODT baskın anharmonicity eksenel yönde 7 boyuncadır. Bu termodinamik olarak anizotropik numune bir etkileşim çok vücut kuantum sisteminde termalizasyon süreçleri incelemek için kullanılabilir.
Şekil 1: Çok yüksek vakum sistemi. IUPUI de ultracold atomu cihazının vakum haznesi. 1. Fırın 2. Zeeman yavaş, 3. mıknatıs bobinleri, 4. deney odası ve 5. CCD kamera. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2: parametrik soğutma için sekansı Zamanlama. Siyah eğri fiber lazer gücü zamanlama. Kırmızı eğri bir o olduğuf ODT AOM zamanlama. mavi eğri manyetik alanı temsil eder. Turuncu eğri TOF görüntüleme darbe olarak verilir. yatay ekseni ise, her aşamanın zaman ölçeği göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3: 6 Li Atomik seviyeleri ve spektrumları kilitleme lazer frekansı. a) Muayene soğutulması ve yeniden pompalanması esnasında kirişleri 6 Li D2 geçiş. b) sarı bir eğri 6 Li D2 doğrultusunda Doppler içermeyen doymuş absorpsiyon spektrumları ve kırmızı eğri ilgili kilit hata sinyaldir. Sol tepe 2 2 P 3/2 geçiş → 2 2S 1/2 (F = 3/2), sağ bir 2'dir2 2 p 3/2 geçiş ve ortadaki → 2S 1/2 (F = 1/2) iki geçiş çapraz sinyalidir. çizgi çapraz kilit noktasıdır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4: 6 Li fırın. Her bir işaretli bölüm çıkışına fırın gerekli olan atomik akı için bir sıcaklık kontrollü ısıtıcı bobin içerir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Figu 5 re: Zeeman yavaş. geçit bobin yavaş Zeeman son bölümüdür. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 6: Muayene optik düzen. MOT üretimi ve yavaşlatma lazer ışınları için optik kurulum. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 7: Muayene ve ODT emme ve görüntüler. faz pompalama sonra) MOT görüntüsü. b) üst üste gelen Muayene ve ODT görüntüsü._upload / 55409 / 55409fig7large.jpg" target = '_ blank'> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: Çapraz-Işın ODT optik düzen. ODT açılma açısı 12 ° 2θ = olup. AFG lazer darbe gönderilmesinin kontrol fiber lazer, ODT AFG eğrisi düşürücü tuzak kontrol eder ve parametrik modülasyon AFG lazer yoğunluğu modülasyon kontrol eder. Her iki kirişlerin kiriş bel yaklaşık 37 um'dir. Birinci kirişin polarizasyon dikeydir ve ikinci kirişin polarizasyon yataydır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 9: SüreParametrik soğutma bağımlılık ölçümü. a) çeşitli modülasyon kez atom bulutlarının hazmetme görüntüler. E (X, Z) b) bağımlılığı / modülasyon süresi E F (mavi daireler D Z / E F ve kırmızı kareler E x / E F) içindir. ek Şekil modülasyon zamana karşı atomu sayısıdır. Hata çubukları, bir standart sapmasını temsil eder. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| MOT yükleme üzerinde | Başlangıç noktası |
| MOT yükleme süresi | 10 saniye |
| MOT soğutma | MOT yükleme kapalı |
| MOT soğutma zamanı | 5 ms |
| MOT üzerinde pompalama | Muayene serinlemek |
| MOT pompalama zamanı | 100 s |
| kapalı MOT AOM | MOT kapalı (MOT pompalama kapalı aynı) |
| ilgili Zeeman yavaş kiriş obtüratör | kapalı MOTOR yüklemeden önce 200 ms |
| Muayene ışını ile kapı | MOT kapalı |
| başlangıç zamanı soğutma Fiber lazer evaporatif | 14 ms'lik Muayene yükleme bitmeden |
| ODT başlangıç zamanını soğutma evaporatif | Muayene kapatıldıktan sonra 500 ms |
| H-köprü geçiş süresi | MOT kapalı |
| Manyetik alan tarama başlangıç zamanı (0 ila 330 g), | MOT kapalı |
| Manyetik alan süpürme başlangıç zamanı (330 527.3G kadar) | MOT kesildikten hemen sonra 2.000 ms |
| Parametrik soğutma başlangıç zamanı | MOT kesildikten hemen sonra 2500 ms |
| Görüntüleme darbe tetikleyici zaman | MOT kesildikten hemen sonra 3,200 ms |
| CCD tetikleyici zaman | Görüntüleme darbe tetikleme saat önce 100 s |
Tablo 1: Deney zamanlama kontrolü. dizi zamanlama parametreleri deneysel aletleri kontrol etmek. bir zamanlama sekansı MOTOR yükleme, soğutma ve pompalama başlar. MOT kapalı sonra MOT pompalama süresi noktasıdır.
| Kanal 1 | Kanal 2 | Kanal 3 | Kanal 4 | Kanal 5 |
| 348 ° C | 354 ° C | 434 ° C | 399 ° C | 372 ° C |
Tablo 2: Oven, sıcaklık profili. 6 Li fırın listelenen sıcaklıklarda uygun akıya çalışır.
| Faz | Yükleniyor | Soğutma | pompalama | |||
| kiriş | Soğutma | yeniden pompalanması esnasında | Soğutma | yeniden pompalanması esnasında | Soğutma | yeniden pompalanması esnasında |
| Kilitli geçişten detuning (MHz) | -28 | -28 | -5 | -5 | -2 | KAPALI |
| Yoğunluk (I sat) | 2 | 1 | 0.1 | 0.05 | 0.08 | KAPALI |
Tablo 3: Muayene fazlar özellikleri. Muayene faz sırası th en üst düzeye çıkarmak üzere tasarlanmıştıratomu E sayısı ODT aktarılacak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bir çapraz-ışınlı optik tuzak içinde bir noninteracting Fermi gaz parametre soğutulması için deneysel protokol mevcut. Bu protokolün kritik aşamaları içermektedir: İlk olarak, optik olarak tuzak Fermi gazı tuzak derinliği düşürerek dejenere sıcaklığına yakın soğutuldu edilmesi gerekmektedir. İkinci olarak, bir modülasyon frekansı tutucu potansiyeli harmonik olmayan bileşeni ile rezonanttır şekilde seçilir. Üçüncü olarak, yakalama ışınının yoğunluğu atom bulutu serin ve modülasyon zamanında bulut enerji bağımlılığı ölçmek için modüle edilir.
Tuzak düşürücü düzeni ile karşılaştırıldığında, parametre soğutma düzeni tuzak derinliği düşürmeden optik tuzak yüksek enerjili atomuna çıkarmak için seçici bir şekilde sağlar. Bu faz yoğunluğunu artırmak ve bir noninteracting Fermi gazı soğutmak için yardımcı olur. bu parametre ile soğutma genellikle anizotropik olduğu için, aynı zamanda kuantum gaz sıcaklık anizotropi değiştirmek için uygun bir yöntem sağlares.
parametrik soğutma sağlamak için, mevcut protokolü başlangıç noktası olarak dejenere sıcaklığına yakın bir Fermi gaz gerektirir. Soğutma etkisi yakalama potansiyeli eksenel yönde sınırlıdır. Bu iki sınırlamalar geçerli protokolde Gauss lazer ışınları tarafından yapılır geçti huzmeli ODT'nin sonlu anharmonicity kaynaklanır. farklı atom türleri için bu yöntem uzanan ve daha büyük bir sıcaklık aralığı için uygulamak için, yakalama potansiyelinin anharmonicity artırmak gerekir.
Bu soğutma tekniği için iki geliştirmeleri öneriyoruz. İlk olarak, parametre soğutma gibi doğrudan olmayan dejenere rejimi ısı durumundan sıkışıp atomuna soğumaya potansiyeline sahip box tuzakları 15 veya güç-kanunu trans 16, tüm üç yönde, büyük anharmonicity bir yakalama potansiyeli uygulanabilir optik tuzak düşürücü gerektirenherşey. İkinci olarak, periyodik olarak bir AOM 17 vasıtasıyla optik yakalama potansiyeli çalkalanarak biz Floquet yöntemi 18 kullanılarak büyük anharmonicity optik tuzak sentezleyebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 500 mW 671 nm ECDL | Toptica | TA Pro | Quantity: 1 |
| 35 mW 671 nm ECDL | Toptica | DL-100 | Quantity: 1 |
| 671 nm AOM | Isomet | 1206C | Quantity: 3 |
| 671 nm AOM Driver | Isomet | 630C-110 | Quantity: 3 |
| 100 W 1,064 nm CW laser | IPG photonics | YLR-100-1064-LP | Quantity: 1 |
| 1,064 nm AOM | IntraAction | ATM-804DA6B | Quantity: 1 |
| 1,064 nm AOM Driver | IntraAction | ME-805EH | Quantity: 1 |
| Arbitrary Function Generator | Agilent | 33120A | Quantity: 3 |
| Digital I/O Board | United Electronic Industries | PD2-DIO-128 | Quantity: 1 |
| System Design Platform | National Instruments | LabVIEW | Quantity: 1 |
| Analog Voltage Output Device | Measurement Computing | USB-3104 | Quantity: 1 |
| CCD Camera | Hamamatsu | Orca R2 | Quantity: 1 |
| Arbitrary Pulse Generator | Quantum Composer | 9618+ | Quantity: 1 |
| Analog Voltage Output Device | Measurement Computing | USB-3104 | Quantity: 1 |
| 20 A power supply | Quantity: 1 | ||
| 10 A power supply | Quantity: 1 | ||
| 120 A power supply | Quantity: 2 | ||
| Cooling Fans | Quantity: depends on apparatus design | ||
| 671 nm Mirrors | Quantity: depends on apparatus design | ||
| 671 nm Half-wave Plate | Quantity: depends on apparatus design | ||
| 671 nm Quarter-wave Plate | Quantity: depends on apparatus design | ||
| 500 mW Beam Shutter | Quantity: depends on apparatus design | ||
| 671 nm Lenses | Quantity: depends on apparatus design | ||
| Faraday Isolator | Quantity: 2, one for each ECDL | ||
| 671 nm Polarizing Beam Splitter | Quantity: depends on apparatus design | ||
| Photodetector | Thorlabs | SM05PD1A | Quantity: 1 |
| Multiplexer | Analog Devices | ADG409 | Quantity: 1 |
| Multiplexer | Analog Devices | ADG408 | Quantity: 2 |
| 1,064 nm plano-concave lens | Quantity: 1 for beam reducer | ||
| 1,064 nm plano-convex lens | Quantity: 1 for beam reducer | ||
| 1,064 nm Mirrors | Quantity: depends on apparatus design | ||
| 1,064 nm Half-wave Plates | Quantity: depends on apparatus design | ||
| 1,064 nm Lenses | Quantity: depends on apparatus design | ||
| 1,064 nm Thin Film Polarizer | Quantity: 1 | ||
| 100 W, 1,064 nm Beam Dump | Quantity: 1 | ||
| 100 W, 1,064 nm Power Meter | Quantity: 1 | ||
| RF Function Generator | Rigol | DG4162 | Quantity: 1 |
| RF Power Amplifier | Mini-Circuits | ZHL-100W-GAN+ | Quantity: 1 |
References
- Petrich, W., Anderson, M. H., Ensher, J. R., Cornell, E. A. Stable, tightly confining magnetic trap for evaporative cooling of neutral atoms. Phys. Rev. Lett. 74 (17), 3352 (1995).
- Ketterle, W., Druten, N. J. V. Evaporative cooling of trapped atoms. Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics. Bederson, B., Walther, H., et al. 37, Academic Press 181-236 (2003).
- Truscott, A. G., Strecker, K. E., McAlexander, W. I., Partridge, G. B., Hulet, R. G. Observation of Fermi pressure in a gas of trapped atoms. Science. 291 (5513), 2570-2572 (2001).
- DeMarco, B., Jin, D. S. Onset of Fermi degeneracy in a trapped atomic gas. Science. 285 (5434), 1703-1706 (1999).
- Granade, S. R., Gehm, M. E., O'Hara, K. M., Thomas, J. E. All-optical production of a degenerate Fermi gas. Phys. Rev. Lett. 88 (12), 120405 (2002).
- Luo, L., et al. Evaporative cooling of unitary Fermi gas mixtures in optical traps. New J. Phys. 8 (9), 213 (2006).
- Li, J., Liu, J., Xu, W., de Melo, L., Luo, L. Parametric cooling of a degenerate Fermi gas in an optical trap. Phys. Rev. A. 93 (4), 041401 (2016).
- Poli, N., Brecha, R. J., Roati, G., Modugno, G. Cooling atoms in an optical trap by selective parametric excitation. Phys. Rev. A. 65 (2), 021401 (2002).
- Kumakura, M., Shirahata, Y., Takasu, Y., Takahashi, Y., Yabuzaki, T. Shaking-induced cooling of cold atoms in a magnetic trap. Phys. Rev. A. 68 (2), 021401 (2003).
- Li, J., et al. Sub-megahertz frequency stabilization of a diode laser by digital laser current modulation. Appl. Opt. 54 (13), 3913-3917 (2015).
- Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH. HiPic user manual. , (2016).
- Luo, L. Entropy and superfluid critical parameters of a strongly interacting Fermi gas [Ph.D. thesis]. , Duke University. (2008).
- Ries, M. A magneto-optical trap for the preparation of a three-component Fermi gas in an optical lattice [Diploma thesis]. , University of Heidelberg. (2010).
- Bartenstein, M., et al. Precise determination of 6Li cold collision parameters by radio-frequency spectroscopy on weakly bound molecules. Phys. Rev. Lett. 94 (10), 103201 (2005).
- Gaunt, A. L., Schmidutz, T. F., Gotlibovych, I., Smith, R. P., Hadzibabic, Z. Bose-Einstein condensation of atoms in a uniform potential. Phys. Rev. Lett. 110 (20), 200406 (2013).
- Bruce, G. D., Bromley, S. L., Smirne, G., Torralbo-Campo, L., Cassettari, D. Holographic power-law traps for the efficient production of Bose-Einstein condensates. Phys. Rev. A. 84 (5), 053410 (2011).
- Roy, R., Green, A., Bowler, R., Gupta, S. Rapid cooling to quantum degeneracy in dynamically shaped atom traps. Phys. Rev. A. 93 (4), 043403 (2016).
- Bukov, M., D'Alessio, L., Polkovnikov, A. Universal high-frequency behavior of periodically driven systems: from dynamical stabilization to Floquet engineering. Adv. Phys. 64 (2), 139-226 (2015).
