Introduction
पिछले दो दशकों में, विभिन्न ठंडा तकनीक बोस आइंस्टीन condensates (बीईसी) पैदा करने के लिए विकसित किया है और गर्म परमाणु वाष्प 1, 2, 3, 4, 5 से फर्मी गैसों (DFG) पतित की है। बीईसी और DFG इस मामले के उपन्यास चरणों कि बेहद कम तापमान में मौजूद हैं, परम शून्य तापमान के ऊपर एक डिग्री के आम तौर पर दस लाखवाँ, अब तक सामान्य रूप से पृथ्वी पर या अंतरिक्ष में पाए जाने वाले के नीचे हैं। इस तरह के कम तापमान प्राप्त करने के लिए, सबसे ठंडा तरीकों को फँसाने संभावित evaporatively परमाणुओं शांत करने के लिए कम करने पर भरोसा करते हैं। हालांकि, कम करने योजना भी परमाणुओं की टक्कर दर है, जो ठंडा दक्षता को सीमित करता है जब गैस क्वांटम शासन 6 तक पहुँच जाता है कम हो जाती है। इस अनुच्छेद में, हम एक "निष्कासित" विधि evaporatively के बिना एक ODT में एक ultracold फर्मी गैस शांत करने के लिए प्रस्तुतजाल गहराई को कम। इस विधि पैरामीट्रिक ठंडा 7, कम करने योजनाओं 7, 8, 9 की तुलना में कई फायदे दिखाने के अपने हाल के एक अध्ययन पर आधारित है।
पैरामीट्रिक योजना के प्रमुख विचार पार बीम ODT, जो फँसाने क्षमता का किनारे के पास गर्म परमाणुओं केंद्र में ठंडा परमाणुओं की तुलना में कम फँसाने आवृत्तियों लगता है की anharmonicity को रोजगार के लिए है। यह anharmonicity गर्म परमाणुओं चुनिंदा जब उच्च ऊर्जा परमाणुओं के साथ गुंजयमान आवृत्तियों पर फँसाने संभावित modulating जाल से निष्कासित कर दिया जा सकता है।
पैरामीट्रिक ठंडा करने के प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल पतित तापमान के पास एक पूर्व ठंडा noninteracting फर्मी गैस की आवश्यकता है। इस प्रोटोकॉल को लागू करने के लिए, acousto ऑप्टिक न्यूनाधिक (AOM) नियंत्रित करने से फँसाने बीम की तीव्रता व्यवस्थित करने के लिए प्रयोग किया जाता हैजी मॉडुलन आवृत्ति, गहराई और समय। शीतलन प्रभाव को सत्यापित करने के लिए, परमाणु बादल समय के उड़ान (टीओएफ) के अवशोषण इमेजिंग, जहां एक गुंजयमान लेजर बीम परमाणु बादल और अवशोषण छाया को उजागर करता एक आरोप डिवाइस युग्मित (सीसीडी) कैमरे द्वारा कब्जा कर लिया है के द्वारा जांच की जाती है। इस तरह के परमाणु संख्या, ऊर्जा, और तापमान के रूप में बादल गुण,, स्तंभ घनत्व द्वारा निर्धारित किया जाता है। शीतलन प्रभाव को चिह्नित करने के लिए, हम विभिन्न मॉडुलन समय पर बादल ऊर्जा की निर्भरता को मापने।
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Protocol
नोट: यह प्रोटोकॉल निम्नलिखित उपकरण सहित एक घर का निर्माण किया ultracold परमाणु तंत्र की आवश्यकता है: दो बाहरी गुहा डायोड लेज़रों (ECDL), ECDL के लिए एक ताला सेटअप ऑफसेट आवृत्ति 10 ताला लगा, ODT के लिए एक फाइबर लेजर, लेजर तीव्रता मॉडुलन के लिए एक AOM , एक स्रोत जनरेटर और एक शक्ति एम्पलीफायर के साथ एक रेडियो आवृत्ति (आरएफ) एंटीना प्रणाली, एक सीसीडी कैमरा के साथ एक अवशोषण इमेजिंग सिस्टम, समय अनुक्रम और डाटा अधिग्रहण (DAQ), इमेजिंग प्रसंस्करण और डेटा विश्लेषण के लिए एक कंप्यूटर प्रोग्राम के लिए एक कंप्यूटर प्रोग्राम, मोट और पूर्वाग्रह चुंबकीय क्षेत्र के लिए विद्युत की एक जोड़ी है, और एक 6 ली वाष्प ओवन और एक Zeeman धीमी (चित्रा 1 में दिखाया गया है) सहित एक अल्ट्राहाई निर्वात चैम्बर।
सावधानी: अलग शक्तियों और तरंग दैर्ध्य के तीन लेज़रों किया जाता है। प्रासंगिक लेजर सुरक्षा डाटा शीट से परामर्श और उचित लेजर सुरक्षा चश्मे का चयन करें।
1. समय शेष भागROL
नोट: सभी समय दृश्यों एक समय नियंत्रण कार्यक्रम के माध्यम से एक 128 चैनल पीसीआई DAQ कार्ड द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं। समय अनुक्रम का संकल्प 100 μs है। कई उपकरण नियंत्रण कार्यक्रमों में इस तरह के फाइबर लेजर मनमाना समारोह जनरेटर (AFG), ODT AFG, मनमाने ढंग से पल्स जनरेटर (APG), पैरामीट्रिक मॉडुलन AFG, मोट बहुसंकेतक, आरएफ जनरेटर, आदि के रूप में उपकरणों, की सेटिंग नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है।
- समय नियंत्रण कार्यक्रम और उपकरणों के लिए नियंत्रण कार्यक्रमों खोलें।
नोट: समय नियंत्रण कार्यक्रम समय नियंत्रण फ़ाइलों को चलाने के लिए नियंत्रण टर्मिनलों के लिए टीटीएल (ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर तर्क) संकेत भेजता है। कुछ उपकरणों वास्तविक समय नियंत्रण के लिए GPIB (IEEE 488) द्वारा कंप्यूटर से जुड़े हैं। - प्रयोग समय फ़ाइल लिखें और तालिका 1 में सूचीबद्ध के रूप में समय पैरामीटर सेट।
नोट: मोट समय अनुक्रम के बाद भी चित्र 2 के रूप में रेखांकित किया गया है। 2. सीसीडी कैमरा तैयारी - सीसीडी कैमरा ड्राइवर और उसके नियंत्रण कार्यक्रम को चालू करें। कण छवि velocimetry (PIV) 11 मोड के लिए सीसीडी कैमरा सेट करें। 5 एमएस करने के लिए सीसीडी जोखिम समय निर्धारित करें।
नोट: PIV मोड संकेत और संदर्भ फ्रेम, जो अवशोषण इमेजिंग के संकेत से शोर अनुपात बढ़ जाती है के बीच समय अंतराल कम करता है। - सीसीडी जोखिम को नियंत्रित करने के लिए एक बाहरी ट्रिगर का उपयोग करें
नोट: सीसीडी ट्रिगर समय तालिका 1 में सूचीबद्ध है। - मोट लेजर तैयारी
नोट: ऑप्टिकल सेटअप और DLCM विधि के प्रासंगिक परिणाम संदर्भ 10 में प्रस्तुत किया है।- 6 ली परमाणु वाष्प सेल हीटर चालू करें और 340 डिग्री सेल्सियस के लिए यह गर्म।
- लेजर 1 घंटे के लिए AOM ताला लगा वार्म अप।
- लेजर आवृत्ति ताला नियंत्रक को चालू करें और अपने सॉफ्टवेयर को खोलने के। सॉफ्टवेयर में ECDL की लेजर झंझरी और वर्तमान मॉडुलन चालू करें।
नोट: मॉडुलन आवृत्ति और झंझरी मॉडुलन के आयाम क्रमशः 5 हर्ट्ज और 1.0 वी की तैयारी में हैं। मॉडुलन आवृत्ति और वर्तमान मॉडुलन के आयाम 100 kHz और 0.0015 वी पीपी क्रमशः की तैयारी में हैं लेजर linewidth कम करने के लिए 10। - ECDL उत्सर्जन को चालू करें।
नोट: लेजर प्रकाश मोट ऑप्टिकल सेटअप से होकर गुजरता है और प्रयोग निर्वात चैम्बर तक पहुँचता है। - थोड़ा लेजर आवृत्ति धुन पर मैन्युअल ECDL लेजर की वर्तमान समायोजित जब तक 6 ली डी 2 पंक्ति का लॉक-इन त्रुटि संकेत, मनाया जाता है के रूप में चित्रा 3 बी में दिखाया गया है।
- 2 2 एस 1/2 (एफ = 3/2) → 2 2 पी 3/2 संक्रमण के लिए नियंत्रण सॉफ्टवेयर में ताला बिंदु सेट (आंकड़े 3 ए देखते हैं, 3 बी)। तो फिर इस संक्रमण के लिए लेजर आवृत्ति ताला, और संक्रमण 10 के केंद्र के लिए ताला बिंदु समायोजित करें।
नोट: लेजर आवृत्ति लॉक होता है, लॉक-इन त्रुटि संकेत ताला बिंदु के आसपास आवृत्ति उतार-चढ़ाव के लिए इसी ताला बिंदु पर एक छोटे से उतार-चढ़ाव को दर्शाता है।
- इमेजिंग लेजर तैयारी
नोट: ऑप्टिकल सेटअप और ऑफसेट ताला विधि के प्रासंगिक परिणाम संदर्भ 10 में प्रस्तुत कर रहे हैं।- ऑफसेट ताला लगा आरएफ संकेत जनरेटर चालू करें।
- झंझरी के मॉड्यूलेशन चालू करें, और 2 वी के मॉडुलन आयाम में वृद्धि
- 3.1.4.-3.1.5 में आवृत्ति ट्यूनिंग प्रक्रिया को दोहराएं। आस्टसीलस्कप में लेजर आवृत्ति पिटाई त्रुटि संकेत और आरएफ स्पेक्ट्रम विश्लेषक मिलता है।
- ऑफसेट की धड़कन संकेत दो पीआईडी प्रतिक्रिया मॉड्यूल के माध्यम से ताला लगा करने के लिए लेजर आवृत्ति लॉक करें।
नोट: लेजर आवृत्ति लॉक होता है, आरएफ स्पेक्ट्रम में पिटाई संकेत के वर्णक्रम ताला बिंदु पर बंद हो जाएगा।
- एक APG चालू करेंऔर इमेजिंग किरण AOM।
- 10 μs के लिए इमेजिंग पल्स अवधि निर्धारित करें, और 5.5 एमएस करने के लिए दो इमेजिंग फ्रेम के बीच अलगाव समय निर्धारित किया है।
- के बारे में 0.3 मैं बैठे थे, जहां मैं बैठ गया = 2.54 मेगावाट / सेमी 2 से 6 ली डी 2 लाइन की संतृप्त अवशोषण तीव्रता है इमेजिंग किरण तीव्रता सेट करें।
- धीरे एटम स्रोत
- ओवन हीटर चालू करें।
- बाद ओवन तापमान (तालिका 2 देखें) परिचालन क्षेत्र तक पहुँचने, Zeeman धीमी के लिए ठंडा प्रशंसकों को चालू करें। फिर धीरे धीरे क्रमशः 7 ए और 1 ए को दो क्रॉसओवर कॉयल की वर्तमान पर धीमी करने के लिए 9.2 ए बारी की वर्तमान वृद्धि हुई है।
ध्यान दें:2 तालिका में सूचीबद्ध ओवन के तापमान वितरण collimation और परमाणु स्रोत 12 के जीवन भर के लिए अनुकूलित है। ओवन पर हीटर के स्थान चित्रा 4 में दिखाया गया है। - परमाणु शटर खोलने के द्वारा मैन्युअल Zeeman धीमी लेजर बीम अनब्लॉक। 192 मेगाहर्ट्ज के लिए लेजर बीम की आवृत्ति सेट 2 2 एस 1/2 (एफ = 3/2) → 2 2 पी 3/2 संक्रमण के साथ लाल detuned।
नोट: इस स्थापना के साथ, परमाणुओं की गति नीचे 1400 मी / से 100 मी / से धीमी कर दी है। Zeeman धीमी चित्रा 5 में दिखाया गया है।
- चुंबकीय क्षेत्र ढाल
नोट: यह उपकरण एक एच पुल स्विच सर्किट द्वारा नियंत्रित या तो एक विरोधी हेल्महोल्ट्ज़ या हेल्महोल्ट्ज़ चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए कॉयल की एक जोड़ी का उपयोग करता है। कॉयल के गर्म हो रोकने के लिए ठंडा पानी कर रहे हैं।- धीरे-धीरे 6 gal / मिनट के लिए पानी के प्रवाह को चालू करें।
- मोट लोड हो रहा है समय फ़ाइल के साथ समय नियंत्रण कार्यक्रम चलाकर विरोधी हेल्महोल्ट्ज़ चुंबकीय क्षेत्र विन्यास के लिए एच पुल सेट करें।
- मैग्नेट 'बिजली की आपूर्ति चालू करें, और उसके नियंत्रण कार्यक्रम है, जो मोट के लिए लगभग 22 जी / सेमी की एक चुंबकीय क्षेत्र ढाल बनाता है के माध्यम से के बारे में 18 एक के लिए प्रत्येक कुंडली के वर्तमान निर्धारित किया है।
ध्यान दें: एक स्थिर मोट प्रयोग कक्ष में मनाया जाता है के बाद चुंबकीय क्षेत्र ढाल चालू है।
- गतिशील मोट
नोट: 6 ली मोट के ऑप्टिकल सेटअप एक दूसरे के लिए ओर्थोगोनल सभी जोड़ों को साथ मोट मुस्कराते हुए प्रचार काउंटर के तीन जोड़े में शामिल है। प्रत्येक मोट बीम एक ठंडा बीम और एक repumping किरण भी शामिल है। तीव्रता और मुस्कराते हुए, जो AOMs द्वारा नियंत्रित कर रहे की आवृत्ति detunings, तीन चरणों के लिए विविध। AOMs के नियंत्रण वोल्टेज एक समय नियंत्रण प्रणाली की कमान बहुसंकेतक सर्किट के माध्यम से स्थापित कर रहे हैं। तीन चरणों के लिए मानकों तालिका 3 में सूचीबद्ध हैं। ऑप्टिकल रखनामोट मुस्कराते हुए से बाहर चित्रा 6 में दिखाया गया है।- लोड, संकलन और सॉफ्टवेयर नियंत्रण के साथ एक पाश पर समय नियंत्रण कार्यक्रम में प्रयोग के समय फ़ाइल को चलाने के। प्रयोग समय मोट लोड हो रहा है चरण के साथ शुरू होता है। फोटोडिटेक्टर में मोट प्रतिदीप्ति संकेत मॉनिटर 2 वी, जो मोट में लगभग 10 9 परमाणुओं को इंगित करता है तक पहुँचने के लिए।
नोट: मोट की प्रतिदीप्ति के बारे में 10 -4 रेड के स्थानिक कोण के साथ एक लेंस से इकट्ठा किया जाता है। लोड हो रहा है चरण परमाणु संख्या संदर्भ 13 में विधि द्वारा गणना की जा सकती। - धीमा बीम ब्लॉक करने के लिए पहले लोड हो रहा है चरण समाप्त हो जाती है ऑप्टिकल शटर का प्रयोग करें।
ध्यान दें: धीमा बीम शटर के समय प्रयोग समय है, जो तालिका 1 में सूचीबद्ध है के नियंत्रण में भी है। - सेट तीव्रता और ठंडा चरण के लिए तालिका 3 के अनुसार मोट लेजर बीम की आवृत्ति detunings।
नोट: ठंडा चरण के बाद, का तापमानमोट लगभग 300 μK करने के लिए कम है। - पम्पिंग चरण के लिए, प्रोग्राम प्रयोग समय फ़ाइल बंद repumping मुस्कराते हुए AOM साथ चालू करने के लिए।
नोट: पंप चरण सबसे कम hyperfine राज्यों 2 2 एस 1/2 (एफ = 1/2) में सभी परमाणुओं पंप करता है। - मोट मुस्कराते हुए बंद कर दें और AOM द्वारा परमाणु संक्रमण गूंज नीचे लेजर आवृत्ति 30 मेगाहर्ट्ज बदलाव, और ऑप्टिकल शटर के साथ AOMs से लीक प्रकाश ब्लॉक।
नोट: मोट चरण के बाद, परमाणु बादल को गुंजयमान प्रकाश के किसी भी रिसाव परमाणु नुकसान होगा। AOM नियंत्रण और मोट बीम शटर के समय सभी तालिका 1 में सूचीबद्ध हैं। - गतिशील मोट के बाद, कैमरे से इमेजिंग फ्रेम के अधिग्रहण। मोट के अवशोषण इमेजिंग प्राप्त करें।
ध्यान दें: मोट की परमाणु संख्या के बारे में 10 7 पम्पिंग चरण के बाद है। मोट का एक विशिष्ट अवशोषण छवि चित्रा 7a में दिखाया गया है।
- लोड, संकलन और सॉफ्टवेयर नियंत्रण के साथ एक पाश पर समय नियंत्रण कार्यक्रम में प्रयोग के समय फ़ाइल को चलाने के। प्रयोग समय मोट लोड हो रहा है चरण के साथ शुरू होता है। फोटोडिटेक्टर में मोट प्रतिदीप्ति संकेत मॉनिटर 2 वी, जो मोट में लगभग 10 9 परमाणुओं को इंगित करता है तक पहुँचने के लिए।
- ऑप्टिकल द्विध्रुवीय जाल
नोट: ODT ultracold फर्मी गैसों उत्पन्न करने के लिए मुख्य उपकरण है। आदेश में एक गहरी ODT, 1064 nm तरंगदैर्ध्य पर 100 वॉट उत्सर्जन शक्ति के साथ एक फाइबर लेजर उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है। ODT की स्थापना चित्रा 8 में दिखाया गया है।- लेजर बीम डंप ठंडा करने के लिए पानी के प्रवाह को चालू करें।
- 1 वी के ODT AOM नियंत्रण वोल्टेज मैन्युअल रूप से सेट। 13 डब्ल्यू उत्सर्जन शक्ति के साथ फाइबर लेजर चालू करें।
- एक अवरक्त प्रकाश दर्शकों के साथ ODT प्रकाशिकी की जाँच करें, और आर्गन गैस के प्रवाह के साथ किसी भी धूल को हटा दें।
नोट: प्रकाशिकी पर धूल ODT के स्थानिक प्रोफाइल को बदल सकते हैं, और ODT की अस्थिरता का कारण है। - फाइबर लेजर AFG कमांड AFG नियंत्रण कार्यक्रम के माध्यम से एक लेजर पल्स उत्पन्न करने के लिए।
नोट: लेजर पल्स के उत्पादन में प्रयोग समय से शुरू हो रहा है, और यह नाड़ी के शुरू समय मोट लोड हो रहा है चरण के अंत से पहले 14 एमएस को तैयार है। पल्सई अनुक्रम नियंत्रण चित्र 1 में दिखाया गया है, और समय तालिका 1 में सूचीबद्ध है। - मैन्युअल रूप से 8 वी (80 संतृप्त आरएफ शक्ति का%) ODT AOM नियंत्रण वोल्टेज निर्धारित किया है।
नोट: AOM चालक की अधिकतम आरएफ शक्ति थर्मल लेंसिंग प्रभाव को कम करने संतृप्त शक्ति का 80% तक सीमित होना चाहिए। - मोट और कैमरे से ODT के अवशोषण चित्र प्राप्त।
नोट: उनके अवशोषण इमेजिंग के माध्यम से मोट और ODT के ओवरलैप की जाँच करें। चित्रा 7b मोट और ODT, क्रमशः के विशिष्ट अवशोषण चित्र दिखाता है।
- पूर्वाग्रह चुंबकीय क्षेत्र और स्पिन मिश्रण आरएफ फील्ड
नोट: आदेश में एक बातचीत के दौरान फर्मी गैस उत्पन्न करने के लिए, ऊर्ध्वाधर दिशा में एक पूर्वाग्रह चुंबकीय क्षेत्र धुन रों -wave बिखरने लंबाई करने के लिए लागू किया जाता है।- प्रयोग समय कार्यक्रम में एच पुल सेट करें कि हेल्महोल्ट्ज़ विरोधी हेल्महोल्ट्ज़ से चुंबकीय क्षेत्र विन्यास बदलाव।
नोट: पतवारHoltz कॉयल अणु के बीच बातचीत ट्यूनिंग के लिए पूर्वाग्रह चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं। - चैनल 2 और मैग्नेट नियंत्रण कार्यक्रम के चैनल 3 में 527.3 जी में 330 जी के लिए पूर्वाग्रह चुंबकीय क्षेत्र निर्धारित करें।
- कार्यक्रम प्रयोग समय अनुक्रम 330 जी 0 जी से चुंबकीय क्षेत्र स्वीप करने के बाद मोट बंद कर दिया है।
नोट: यह चुंबकीय क्षेत्र झाडू मानक वाष्पीकरण के लिए एक कमजोर बातचीत 6 ली फर्मी गैस तैयार करता है। - एक noninteracting फर्मी गैस 14 के लिए 330 जी 527 जी से एक चुंबकीय क्षेत्र स्वीप कार्यक्रम।
नोट: 6.2.1-6.2.4 से चुंबकीय क्षेत्र अनुक्रम। चित्र 1 में दिखाया गया है, और समय तालिका 1 में सूचीबद्ध है। - 6 ली के दो सबसे कम hyperfine राज्यों 2 2 एस 1/2 के 50:50 मिश्रण (एफ = 1/2, मी एफ = ± 1/2) बनाने के लिए एक शोर आरएफ नाड़ी लागू करें।
- धुन बंद कर दिया लेजर आवृत्ति पर परमाणुओं के साथ गुंजयमान527.3 जी आरएफ संकेत के उत्पादन आवृत्ति को बदल कर (कम चुंबकीय क्षेत्र में → 2 2 पी 3/2 संक्रमण 2 2 एस 1/2 (एफ = 1/2, मी एफ = -1/2) के अनुरूप) जनरेटर।
ध्यान दें: अनुनाद आवृत्ति अवशोषण इमेजिंग, जो आवृत्ति समायोजन मार्गदर्शन करने के लिए किया जाता है की परमाणु संख्या में वृद्धि होती। केवल स्पिन डाउन परमाणुओं परमाणु बादल पेश करने के लिए क्योंकि 50:50 स्पिन मिश्रण प्रयोग के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं imaged कर रहे हैं।
- प्रयोग समय कार्यक्रम में एच पुल सेट करें कि हेल्महोल्ट्ज़ विरोधी हेल्महोल्ट्ज़ से चुंबकीय क्षेत्र विन्यास बदलाव।
- जाल से वाष्पीकरण कम
नोट: एक मानक वाष्पीकरण पतित शासन के पास 6 ली की fermionic परमाणुओं शांत करने के लिए प्रयोग किया जाता है। वाष्पीकरण के पहले चरण फाइबर लेजर की नब्ज द्वारा नियंत्रित किया जाता है और दूसरी ODT AOM द्वारा नियंत्रित है। पास-पतित फर्मी गैस पैरामीट्रिक शीतलन के लिए नमूना के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा।- वाष्पीकरण बुद्धि के पहले चरण शुरूज फाइबर लेजर शक्ति है, जो यू 0 ODT के जाल गहराई बढ़ जाती है pulsing, फिर वापस 0.1 यू 0 के द्वारा नियंत्रण सॉफ्टवेयर (यू 0 100 वॉट की लेजर शक्ति के साथ पूरा जाल गहराई है)। इस चरण के कुल समय 0.5 रों है।
नोट: पल्स अवधि यू 0 के लिए इसी थर्मल लेंसिंग प्रभाव से बचने के लिए 0.5 रों तक सीमित होना चाहिए। - कार्यक्रम एक घातीय वक्र के साथ ODT AOM चित्र 1 में दिखाया गया है। बाद वाष्पीकरण के पहले चरण समाप्त हो गया है, 30 एमएस प्रतीक्षा करें, और उसके बाद जाल गहराई यू 0 0.01 करने के लिए यू 0 ODT AOM के माध्यम से 0.1 से कम करके वाष्पीकरण के दूसरे चरण शुरू करते हैं। इस चरण के कुल समय 1.5 रों है।
- वाष्पीकरण के बाद ठंड परमाणुओं के अवशोषण इमेजिंग प्राप्त।
नोट: लगभग 10 5 परमाणुओं वाष्पीकरण के बाद ODT में छोड़ दिया जाता, से गणना की जा सकती है जोअवशोषण छवि।
- वाष्पीकरण बुद्धि के पहले चरण शुरूज फाइबर लेजर शक्ति है, जो यू 0 ODT के जाल गहराई बढ़ जाती है pulsing, फिर वापस 0.1 यू 0 के द्वारा नियंत्रण सॉफ्टवेयर (यू 0 100 वॉट की लेजर शक्ति के साथ पूरा जाल गहराई है)। इस चरण के कुल समय 0.5 रों है।
- जाल गहराई मॉड्यूलेशन
- 527.3 जी मिलाना यू (टी एम) = 0.01 यू 0 से ODT AOM साथ जाल गहराई तक चुंबकीय स्वीप के बाद 100 एमएस प्रतीक्षा (1 + δ cos (ω मीटर टी एम)), δ मॉडुलन गहराई और ω है जहां मीटर मॉडुलन आवृत्ति है। पैरामीट्रिक मॉडुलन AFG नियंत्रण कार्यक्रम में मॉडुलन समय टी मीटर निर्धारित करें। मॉडुलन के समय अनुक्रम चित्र 1 में दिखाया गया है।
नोट: यह पैरामीट्रिक ठंडा लागू करने की मुख्य कुंजी है। - अचानक फँसाने मुस्कराते हुए बंद करके ODT से परमाणु मुक्त करने के लिए APG कार्यक्रम। गैस ballistically अवशोषण इमेजिंग लागू करने से पहले 300 μs के लिए विस्तार करते हैं।
नोट: बैलिस्टिक विस्तार Tempe पाने के लिए टीओएफ अवशोषण इमेजिंग के साथ प्रयोग किया जाता हैठंड परमाणुओं के rature। - पैरामीट्रिक शीतलन के बाद ठंड परमाणुओं के अवशोषण छवि प्राप्त।
- 527.3 जी मिलाना यू (टी एम) = 0.01 यू 0 से ODT AOM साथ जाल गहराई तक चुंबकीय स्वीप के बाद 100 एमएस प्रतीक्षा (1 + δ cos (ω मीटर टी एम)), δ मॉडुलन गहराई और ω है जहां मीटर मॉडुलन आवृत्ति है। पैरामीट्रिक मॉडुलन AFG नियंत्रण कार्यक्रम में मॉडुलन समय टी मीटर निर्धारित करें। मॉडुलन के समय अनुक्रम चित्र 1 में दिखाया गया है।
- समय निर्भरता मापन
नोट: हमारे पिछले काम 7 में, हमने पाया पैरामीट्रिक ठंडा करने के अनुकूलित आवृत्ति होने के लिए 1.45 ω एक्स, जहां ω एक्स 0.01 यू 0 पर ODT के रेडियल फँसाने आवृत्ति है। इस आवृत्ति का उपयोग करना, हम चुनिंदा अक्षीय दिशा के साथ उच्च ऊर्जा परमाणुओं निकाल सकते हैं।- मॉडुलन गहराई पैरामीट्रिक मॉडुलन AFG नियंत्रण कार्यक्रम के माध्यम से 0.5 δ को = सेट करें।
- मॉडुलन चक्र अलग अलग संख्या से 0 से 600 एमएस से मॉडुलन समय बदलने के लिए पैरामीट्रिक मॉडुलन AFG के बाहरी ट्रिगर नियंत्रण समारोह का उपयोग करें।
नोट: मॉडुलन समय की वृद्धि के साथ, परमाणु बादल के आकार कम हो जाएगा, विशेष रूप से अक्षीय दिशा। प्रासंगिक परिणाम चित्रा 9 में दिखाया जाता है। कैमरे से इमेजिंग फ्रेम प्राप्त। सहेजें और सीसीडी नियंत्रण कार्यक्रम के माध्यम से छवियों का विश्लेषण।
नोट: सीसीडी कैमरा ठंड परमाणुओं के अवशोषण इमेजिंग, जो ठंड परमाणुओं का मुख्य नैदानिक उपकरण है रिकॉर्ड करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
3. 671 एनएम लेजर तैयारी
नोट: एक 671 एनएम 500 मेगावाट उत्पादन शक्ति के साथ एकल आवृत्ति ECDL मोट ठंडा और फँसाने बीम उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है। 35 मेगावाट की एक और 671 एनएम ECDL अवशोषण इमेजिंग के लिए प्रयोग किया जाता है। एक डिजिटल लेजर वर्तमान मॉडुलन विधि (DLCM)लेजर आवृत्ति स्थिरीकरण 10 के लिए लागू किया जाता है। संबंधित 6 ली ऊर्जा का स्तर चित्रा 3 ए में दिखाया जाता है। 20 ± 1 डिग्री सेल्सियस के कमरे के तापमान स्थिरता लेजर आवृत्ति लॉकिंग के इष्टतम स्थिरता के लिए आवश्यक है।
4. अवशोषण इमेजिंग तैयारी
नोट: परमाणुओं अवशोषण इमेजिंग, जो दो छवि फ्रेम की जरूरत के साथ जांच कर रहे हैं। परमाणुओं के साथ पहले एक संकेत फ्रेम है, और परमाणुओं के बिना दूसरा एक संदर्भ फ्रेम है।
5. मोट के साथ शीतलक परमाणुओं
नोट: मोट ultracold परमाणुओं प्रयोगों में एक व्यापक रूप से इस्तेमाल शीतलन विधि है। इस अनुभाग में लगभग 300 μK पर चारों ओर एक अरब 6 ली परमाणुओं का एक मोट उत्पन्न करता है।
7. पैरामीट्रिक शीतलक
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Representative Results
इस प्रोटोकॉल का उपयोग करना, हम अनुकूलित मॉडुलन आवृत्ति और आयाम, जो दोनों के हमारे पिछले प्रकाशन 7 में निर्धारित किया गया है के साथ मॉडुलन समय पर पैरामीट्रिक शीतलन की निर्भरता का अध्ययन। हम पहले टी / टी एफ ≈ 1.2 के तापमान के साथ दो सबसे कम hyperfine राज्यों में 6 ली परमाणुओं का एक noninteracting फर्मी गैस तैयार करते हैं। इधर, टी एफ = (6N) 1/3 एच ω / k बी = 5.2 μK परमाणु संख्या एन = 1.7 × 10 स्पिन प्रति 5 और ज्यामितीय औसत फँसाने आवृत्ति ω = (ω एक्स ω y ω जेड) 1 के साथ निर्धारित किया जाता है / 3 = 2π × (2250 × 2450 × 220) 1/3 हर्ट्ज, एच कम प्लैंक स्थिर है, और कश्मीर बी बोल्ट्जमान निरंतरता है। समय-निर्भर परिणामों की 1.45ω एक्स मॉडुलन आवृत्ति, और 0.5 के मॉड्यूलेशन गहराई के साथ चित्र 9 में दिखाया जाता है। परमाणु बादलों (चित्रा 9a) की टीओएफ अवशोषण छवियों मॉडुलन समय की वृद्धि के साथ अक्षीय बादल आकार की एक महत्वपूर्ण कमी दिखाने के लिए, पूर्ण तापमान का संकेत लगातार पैरामीट्रिक ठंडा द्वारा कम है।
मात्रात्मक शीतलन प्रभाव का वर्णन के लिए, हम ई का उपयोग (एक्स, जेड) / ई एफ ultracold फर्मी गैसों 7, जहां ई एफ फर्मी ऊर्जा और ई (एक्स, जेड) है के लिए एक प्रभावी thermometry के रूप में रेडियल में परमाणु ऊर्जा बादल हैं और अक्षीय दिशाओं क्रमशः। हम सबसे पहले परमाणु बादल से नंबर स्वतंत्र मतलब वर्ग आकार (एन आई एम एस) निकालें। तब एन आई एम एस से, हम ई (एक्स, जेड) / ई एफ चित्रा 9 में गणनाख। के बारे में 500 एमएस मॉडुलन के बाद, ई जेड / ई एफ 0.90 करने के लिए 1.80 से काफी कम हो जाता है और ई एक्स / ई एफ थोड़ा 1.25 करने के लिए 1.20 से थोड़ी वृद्धि हुई है। चित्रा 9b इनसेट में कम हो रही परमाणु संख्या से संकेत मिलता है परमाणुओं जाल से बाहर निष्कासित कर दिया जाता। हम पाते हैं कि पैरामीट्रिक ठंडा एक anisotropic तरीका है, जिसमें अक्षीय दिशा में ऊर्जा फर्मी ऊर्जा से नीचे है, जबकि रेडियल एक फर्मी ऊर्जा ऊपर अब भी है में आने वाले बदलाव परमाणु बादल ऊर्जा। यह ध्यान दिया जाता है कि अक्षीय और रेडियल दिशा (चित्रा 9b) में प्रारंभिक असमान ऊर्जा तेजी से जाल से उत्पन्न होता है खंड 6.3 में लागू कम करने। पैरामीट्रिक ठंडा करने के बाद, अक्षीय दिशा ऊर्जा काफी कम है, जबकि रेडियल ऊर्जा मुश्किल से बदल गया है है। इस परिणाम तरीका है कि पैरामीट्रिक ठंडा बादल ऊर्जा अनिसोट्रोपिक है बदलता है इंगित करता है। यह अनिसोट्रोपिक प्रभाव तथ्य के कारण है किपार बीम ODT का प्रमुख anharmonicity अक्षीय दिशा 7 के साथ है। इस तरह के thermodynamically अनिसोट्रोपिक नमूने एक बातचीत के दौरान कई शरीर क्वांटम प्रणाली में thermalization प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता।
चित्र 1: ultrahigh निर्वात प्रणाली। IUPUI पर ultracold परमाणु तंत्र के निर्वात चैम्बर। 1. ओवन, 2. Zeeman धीमी, 3. चुंबक कॉयल, 4. प्रयोग कक्ष और 5. सीसीडी कैमरा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्र 2: पैरामीट्रिक ठंडा करने के अनुक्रम समय। काला वक्र फाइबर लेजर शक्ति समय है। लाल वक्र एक ओ हैच ODT AOM समय। सियान वक्र चुंबकीय क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है। नारंगी वक्र टीओएफ इमेजिंग दालों है। क्षैतिज अक्ष प्रत्येक चरण के समय के पैमाने को दर्शाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्र 3: 6 ली के परमाणु स्तर और लेजर आवृत्ति स्पेक्ट्रा ताला लगा। क) मोट को ठंडा करने और repumping मुस्कराते हुए के लिए 6 ली डी 2 संक्रमण। ख) पीले वक्र डॉपलर मुक्त 6 ली डी 2 लाइन की संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रा है, और लाल वक्र संबंधित लॉक-इन त्रुटि संकेत है। बाईं शिखर 2 2 एस 1/2 (एफ = 3/2) → 2 2 पी 3/2 संक्रमण है, सही एक 2 है2 एस 1/2 (एफ = 1/2) → 2 2 पी 3/2 संक्रमण, और बीच में एक से दो संक्रमण के विदेशी संकेत है। पानी का छींटा पार ताला बिंदु है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 4: 6 ली ओवन। प्रत्येक लेबल अनुभाग उत्पादन के लिए ओवन आवश्यक परमाणु प्रवाह के लिए एक तापमान नियंत्रित हीटिंग का तार शामिल हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
figu फिर 5: Zeeman धीमी। विदेशी कुंडल Zeeman धीमी के अंतिम खंड है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्र 6: मोट ऑप्टिकल लेआउट। मोट की पीढ़ी और धीमा लेजर बीम के लिए ऑप्टिकल सेटअप। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्र 7: मोट और ODT अवशोषण छवियों। क) चरण पंप के बाद मोट छवि। ख) ओवरलैप मोट और ODT की छवि।_upload / 55409 / 55409fig7large.jpg "target =" _ blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्र 8: क्रॉस्ड बीम ODT ऑप्टिकल लेआउट। ODT के पार कोण 2θ 12 डिग्री = है। फाइबर लेजर AFG लेजर के स्पंदन को नियंत्रित करता है, ODT AFG जाल वक्र कम करने को नियंत्रित करता है, और पैरामीट्रिक मॉडुलन AFG लेजर तीव्रता मॉडुलन नियंत्रित करता है। दोनों मुस्कराते हुए की किरण कमर के बारे में 37 सुक्ष्ममापी है। पहली किरण के ध्रुवीकरण खड़ी है और दूसरा बीम का ध्रुवीकरण क्षैतिज है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्र 9: समयपैरामीट्रिक शीतलन की निर्भरता माप। क) विभिन्न मॉडुलन समय की परमाणु बादलों के अवशोषण छवियों। ख) ई (एक्स, जेड) की निर्भरता / मॉडुलन समय पर ई एफ (नीले घेरे ई जेड / ई एफ के लिए कर रहे हैं और लाल वर्गों ई एक्स / ई एफ) के लिए कर रहे हैं। इनसेट आंकड़ा मॉडुलन बनाम समय परमाणु संख्या है। एरर बार एक मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
| मोट लोड हो रहा है पर | प्रारंभ बिंदु |
| मोट लोडिंग समय | 10 एस |
| मोट पर ठंडा | मोट लोड हो रहा है बंद |
| मोट ठंडा समय | 5 एमएस |
| मोट पर पम्पिंग | मोट ठंडा |
| मोट पम्पिंग समय | 100 μs |
| मोट AOM बंद | मोट बंद (MOT पंप बंद के रूप में ही) |
| पर Zeeman धीमी बीम शटर | मोट लोड हो रहा है बंद से पहले 200 एमएस |
| मोट बीम पर शटर | मोट बंद |
| फाइबर लेजर वाष्पीकरण प्रारंभ समय ठंडा | 14 एमएस मोट लोड हो रहा है के अंत से पहले |
| ODT प्रारंभ समय ठंडा वाष्पीकरण | मोट बंद के बाद 500 एमएस |
| एच पुल स्विच समय | मोट बंद |
| चुंबकीय क्षेत्र झाडू शुरू करने का समय (0 से करने के लिए 330 जी) | मोट बंद |
| चुंबकीय क्षेत्र झाडू शुरू करने का समय (330 से 527.3G करने के लिए) | मोट बंद के बाद 2,000 एमएस |
| पैरामीट्रिक ठंडा शुरू करने का समय | मोट बंद के बाद 2500 एमएस |
| इमेजिंग नाड़ी ट्रिगर समय | मोट बंद के बाद 3200 एमएस |
| सीसीडी ट्रिगर समय | इमेजिंग नाड़ी ट्रिगर समय से पहले 100 μs |
तालिका 1: प्रायोगिक समय नियंत्रण। अनुक्रम मापदंडों समय प्रयोगात्मक उपकरणों को नियंत्रित करने के। समय अनुक्रम मोट लोड हो रहा है, ठंडा और पम्पिंग पर शुरू होता है। मोट बंद के बाद मोट पंप के समय बिंदु है।
| चैनल 1 | चैनल 2 | चैनल 3 | चैनल 4 | चैनल 5 |
| 348 डिग्री सेल्सियस | 354 डिग्री सेल्सियस | 434 डिग्री सेल्सियस | 399 डिग्री सेल्सियस | 372 डिग्री सेल्सियस |
तालिका 2: ओवn तापमान प्रोफाइल। 6 ली ओवन सूचीबद्ध तापमान के साथ इष्टतम प्रवाह में चल रही है।
| अवस्था | लोड हो रहा है | शीतलक | पम्पिंग | |||
| किरण | शीतलक | Repumping | शीतलक | Repumping | शीतलक | Repumping |
| बंद कर दिया संक्रमण से detuning (मेगाहर्ट्ज) | -28 | -28 | -5 | -5 | -2 | बंद |
| तीव्रता (मैं बैठ गया) | 2 | 1 | 0.1 | 0.05 | 0.08 | बंद |
तालिका 3: मोट चरणों गुण। मोट चरण अनुक्रम वें अधिकतम करने के लिए डिज़ाइन किया गया हैपरमाणुओं के ई संख्या ODT में स्थानांतरित किया जाना है।
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Discussion
हम एक पार बीम ऑप्टिकल जाल में एक noninteracting फर्मी गैस की पैरामीट्रिक शीतलन के लिए एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। इस प्रोटोकॉल के महत्वपूर्ण चरणों में शामिल हैं: सबसे पहले, ऑप्टिकली-फंस फर्मी गैस जाल गहराई को कम करके पतित तापमान के करीब ठंडा करने की जरूरत है। दूसरा, एक मॉडुलन आवृत्ति चुना जाता है कि फँसाने क्षमता का anharmonic घटक के साथ गुंजयमान है। तीसरा, फँसाने बीम की तीव्रता परमाणु बादल शांत और मॉडुलन समय पर बादल ऊर्जा की निर्भरता को मापने के लिए ठीक किया जाता है।
जाल को कम योजना की तुलना में, पैरामीट्रिक ठंडा योजना जाल गहराई को कम करने के बिना ऑप्टिकल जाल से उच्च ऊर्जा परमाणुओं को दूर करने के लिए एक चयनात्मक तरीका प्रदान करता है। यह चरण घनत्व बढ़ाने के लिए और एक noninteracting फर्मी गैस शांत करने के लिए मदद करता है। क्योंकि इस तरह के पैरामीट्रिक ठंडा आमतौर पर anisotropic है, यह भी क्वांटम गैस में तापमान असमदिग्वर्ती होने की दशा को संशोधित करने के लिए एक सुविधाजनक तरीका प्रदान करता हैतों।
पैरामीट्रिक ठंडा सक्षम करने के लिए वर्तमान प्रोटोकॉल प्रारंभिक बिंदु के रूप पतित तापमान के पास एक फर्मी गैस की आवश्यकता है। शीतलन प्रभाव भी फँसाने क्षमता का अक्षीय दिशा तक सीमित है। इन दो सीमाओं को पार कर बीम ODT के परिमित anharmonicity कि मौजूदा प्रोटोकॉल में गाऊसी लेजर बीम द्वारा किया जाता है के कारण होता है। विभिन्न परमाणु प्रजातियों के लिए इस विधि का विस्तार और बड़े तापमान रेंज के लिए इसे लागू करने के लिए, हम फँसाने क्षमता का anharmonicity बढ़ाने की जरूरत है।
हम इस शीतलन तकनीक के लिए दोनों के सुधार का प्रस्ताव। सबसे पहले, पैरामीट्रिक ठंडा इस तरह के बॉक्स जाल 15 या बिजली-कानून जाल 16 है, जो संभावित सीधे बिना पतित शासन में थर्मल राज्य से फंस परमाणुओं शांत करने के लिए है के रूप में सभी तीन दिशाओं, में बड़े anharmonicity के साथ एक फँसाने क्षमता के साथ लागू किया जा सकता ऑप्टिकल जाल को कम करने की आवश्यकता होती हैसब। दूसरा, समय-समय पर एक AOM 17 के माध्यम से ऑप्टिकल फँसाने संभावित मिलाने से, हम Floquet विधि 18 का उपयोग करते हुए बड़े anharmonicity साथ ऑप्टिकल जाल संश्लेषण कर सकते हैं।
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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
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