Примечание: Этот протокол требует , домашний встроенного ультрахолодный атом устройства , включающих следующего оборудование: два внешних диодных резонатор лазеров (ECDL), установки запирающей для ECDL смещения частоты блокировки 10, волоконный лазер для ODT, АОМ для модуляции интенсивности лазерного излучения , система радиочастотной (РЧ) антенны с генератором источника и усилителя мощности, система визуализации поглощения с ПЗС-камерой, компьютерная программа для синхронизации последовательности и сбора данных (DAQ), компьютерную программу для обработки изображений и анализа данных, пара электромагнитов для MOT и смещения магнитных полей и сверхвысокой вакуумной камеры , включая 6 Li печи пара и Зееманом медленнее (показанного на фиг.1).
Внимание: Три лазеров различной мощности и длины волн используются. Пожалуйста, обратитесь к соответствующим спецификации безопасности лазера и выбрать правильные очки лазерной безопасности.
1. Сроки Contрол
Примечание: Все временные последовательности управляется с помощью 128 канала PCI-DAQ карт через программу управления синхронизацией. Разрешение временной последовательности составляет 100 мкс. Несколько программ контрольно - измерительных приборов, используются для управления настройками инструментов, таких как волоконный лазер произвольной функции генератора (AFG), ODT AFG, произвольного импульсного генератора (APG), параметрического AFG модуляции, MOT мультиплексор, ВЧ - генератора, и т.д..
- Откройте программу управления синхронизацией и управляющие программы для инструментов.
Примечание: Программа управления синхронизацией посылает сигналы TTL (транзисторно-транзисторной логики) к клеммам управления для запуска файлов управления синхронизацией. Некоторые инструменты подключены к компьютеру GPIB (IEEE 488) для контроля в режиме реального времени. - Запись файла синхронизации эксперимента и установить временные параметры, перечисленные в таблице 1.
Примечание: после того, как последовательности синхронизации MOT также иллюстрируется на фиг.2. 2. Получение CCD камера
Примечание: ПЗС-камера используется для записи поглощения визуализации холодных атомов, который является основным диагностическим инструментом холодных атомов.
- Включите драйвер CCD камеры и программы управления. Установите ПЗС - камеру в режим изображения частиц велосиметрии (PIV) 11. Установите время экспозиции ПЗС до 5 мс.
Примечание: Режим PIV уменьшает промежуток времени между сигналом и опорным кадром, что увеличивает отношение сигнала к шуму визуализации поглощения. - Используйте внешний триггер, чтобы управлять экспозицией CCD
Примечание: Время срабатывания ПЗС приведены в таблице 1.
3. 671 нм лазера Получение
ПРИМЕЧАНИЕ: 671 нм на одной частоте ECDL с выходной мощностью 500 мВт используется для генерации охлаждения MOT и захвата пучков. Еще 671 нм ECDL 35 мВт используется для визуализации поглощения. Способ модуляции тока цифрового лазера (DLCM)применяются для стабилизации частоты лазера 10. Соответствующие 6 уровней энергии Li показаны на рисунке 3а. Номер температурная стабильность 20 ± 1 ° С требуется для оптимальной стабильности частоты лазера блокировки.
- MOT Лазерная Получение
Примечание: Оптическая установка и соответствующие результаты методы DLCM представлены в справочных 10. - Включите нагреватель атомного пара клеток 6 Li и нагреть его до 340 ° C.
- Подогреть лазер блокирующего АОМ в течение 1 ч.
- Включите контроллер блокировки частоты лазера и открыть свое программное обеспечение. Включите лазерную решетку и ток модуляции ECDL в программном обеспечении.
Примечание: Частота модуляции и амплитуда модуляции решетки установлены на 5 Гц и 1,0 В соответственно. Частота модуляции и амплитуда модуляции тока установлены на 100 кГц и 0,0015 соответственно V п.п. , чтобы уменьшить ширину линии лазера 10, - Включите эмиссии ECDL.
Примечание: Лазерный свет проходит через оптические установки MOT и достигает эксперимент вакуумной камеры. - Слегка регулировать ток лазера ECDL вручную , чтобы настроить частоты лазера , пока блокировка в сигнал ошибки от 2 линии 6 Li D не наблюдается, как показано на рисунке 3b.
- Установите точку блокировки в программном обеспечении управления к 2 2 S 1/2 (F = 3/2) → 2 2 P 3/2 перехода (см рисунки 3a, 3b). Затем зафиксируйте частоту лазера для этого перехода, и настроить точку замка к центру перехода 10.
Примечание: После того, как частота лазера блокируется, сигнал ошибки блокировки в показывает небольшое колебание в точке замка, соответствующей частоте колебаний вокруг точки фиксации.
- Получение изображений лазера
Примечание: Оптическая установка и соответствующие результаты смещения метода запирающего представлены в ссылочных 10. - Включите смещение блокирующего генератора РЧ сигнала.
- Включите модуляции решетки, и увеличение амплитуды модуляции 2 В.
- Повторите процесс настройки частоты в 3.1.4.-3.1.5. чтобы получить частоты лазера сигнала ошибки бьющейся в осциллографе и анализатор радиочастотного спектра.
- Блокировка частоты лазера к биений сигнала смещения блокировки с помощью двух модулей обратной связи ПИД-регулятора.
Примечание: После того, как частота лазера заблокирована, спектр сигнала биений в ВЧ-спектре остановится в точке фиксации.
4. Поглощение изображений Получение
Примечание: Атомы зондировали с изображениями поглощения, который нуждается в два кадра изображения. Первые из них с атомами является сигнальным кадром, а второй без атомов опорного кадра.
- Включите в APGи луч изображения ОСО.
- Установите длительность импульса изображения до 10 мкс, а также установить время разделения между двумя кадрами изображений до 5,5 мс.
- Установите интенсивность пучка изображений до около 0,3 я сидел, где я сидел = 2,54 мВт / см 2 представляют собой насыщенные интенсивности поглощения 6 Li D 2 линии.
5. Атомы охлаждения с MOT
Примечание: MOT является широко используемым методом охлаждения в экспериментах ультрахолодных атомов. Этот раздел генерирует MOT около одного миллиарда 6 атомов Li при температуре около 300 мкКа.
- Медленное Источник Atom
- Включите нагреватели печи.
- После того , как температура достигает печи эксплуатационной области (см таблицу 2), включите вентиляторов охлаждения для Зееманом медленнее. Затем медленно увеличивать ток медленнее 9,2 А. Включите ток двух кроссоверов катушек до 7 А и 1 А соответственно.
ЗАМЕТКА:Распределение температуры печи , перечисленной в таблице 2 оптимизировано для коллимации и времени жизни атомного источника 12. Расположение нагревателей на печи показано на рисунке 4. - Разблокировать зеемановский медленный лазерный луч вручную, открыв атомный затвор. Установите частоту лазерного луча до 192 МГц красно-расстройке с 2 2 S 1/2 (F = 3/2) → 2 2 P 3/2 перехода.
Примечание: С помощью этой установки, скорость атомов замедляются от 1,400 м / с до 100 м / с. Зеемановская медленнее показана на рисунке 5.
- Магнитное поле градиента
Примечание: Данное устройство использует пару катушек, управляемых Н-моста коммутационной цепи, чтобы производить либо анти-Гельмгольца или Гельмгольца магнитного поля. Катушки с водяным охлаждением для предотвращения перегрева. - Медленно включите расход воды до 6 л / мин.
- Установите H-мост для анти-Гельмгольца конфигурации магнитного поля путем запуска программы управления синхронизацией с файлом синхронизации MOT загрузки.
- Включите источники питания магнитов, и установить ток каждой катушки до примерно 18 А с помощью своей программы управления, которая создает магнитное поле, градиент от приблизительно 22 г / см для MOT.
Примечание: Статический MOT наблюдается в эксперименте камере после того, как градиент магнитного поля включен.
- Динамический MOT
Примечание: Оптическая установка 6 Li MOT содержит три пары счетчика распространяющейся MOT пучки со всеми парами ортогональных друг к другу. Каждый пучок включает в себя MOT охлаждающий луч и луч перекачивающий. Интенсивности и частота отстройка балок, которые управляются АОМОМ, различны для трех фаз. Управляющие напряжения на АОМЕ устанавливается с помощью мультиплексора схем командуют системы управления синхронизации. Параметры для трех фаз приведены в таблице 3. Оптическая планировкаиз MOT пучков показано на рисунке 6. - Нагрузка, скомпилировать и запустить эксперимент синхронизации файла в программе управления синхронизацией по шлейфу с программным управлением. Время эксперимента начинается с этапом MOT загрузки. Монитор сигнала флуоресценции MOT в фотодетектор , чтобы достичь 2 V, который указывает , около 10 9 атомов в МОЛ.
Примечание: флуоресценция MOT собирают с помощью линзы с пространственным углом около 10 -4 рад. Фаза загрузки число атомов может быть вычислено с помощью метода в ссылке 13. - С помощью оптического затвора, чтобы блокировать замедление пучка до окончания фазы загрузки.
Примечание: Выбор время замедления затвора луча также находится под контролем времени эксперимента, который указан в таблице 1. - Установка интенсивности и частоты отстройки MOT лазерных пучков в соответствии с таблицей 3 для фазы охлаждения.
Примечание: После фазы охлаждения, чтобы температураТО уменьшается до примерно 300 мкКа. - Для фазы накачки, программа эксперимента файла синхронизации, чтобы отключить перекачивающие балки с ОСО.
Примечание: насосные фазы насосы всех атомов в нижайших состояния сверхтонких 2 2 S 1/2 (F = 1/2). - Выключает MOT пучки и сдвиг частоты лазера 30 МГц ниже атомного переход резонанса отита, и блокировать утечку свет от АОМА с оптическим жалюзи.
Примечание: После этапа MOT, любая утечка резонансного света с атомным облаком приведет к потере атома. Сроки контроля АОМА и луч затвора MOT все перечисленные в таблице 1. - После динамического MOT, приобретают кадры изображений с камеры. Получить абсорбционной визуализацию МОЛ.
ВНИМАНИЕ: атомный номер MOT составляет около 10 7 после фазы накачки. Типичное поглощение изображение MOT показано на рисунке 7а.
<р класс = "jove_title"> 6. Подготовка Ультрахолодный Ферми газа с ODT - Оптический Диполь Trap
Примечание: ODT является основным инструментом для создания ультрахолодных ферми-газов. Для того, чтобы генерировать глубокий ODT, волоконный лазер с мощностью излучения 100 Вт на длине волны 1064 нм используется. Установка ODT показана на рисунке 8. - Включите поток воды для охлаждения отвалов лазерного луча.
- Установите управляющее напряжение ODT ОСО до 1 В вручную. Включите волоконный лазер с мощностью излучения 13 Вт.
- Проверьте оптики ODT с помощью инфракрасного света зрителя, и удаление пыли с потоком газа аргона.
Примечание: Пыль на оптике можно изменить пространственный профиль ODT, и вызвать нестабильность ODT. - Команда волоконного лазера AFG для генерации лазерного импульса с помощью управляющей программы AFG.
Примечание: Выход лазерного импульса срабатывает по времени эксперимента, и время начала этого импульса устанавливается на 14 мс до конца фазы MOT загрузки. В пулыУправление электронной последовательности показано на фиг.1, и сроки указаны в таблице 1. - Вручную установить управляющее напряжение ODT АОМА до 8 В (80% насыщенной ВЧ мощности).
Примечание: Максимальная мощность ВЧ драйвера АОМА должно быть ограниченно до 80% от насыщенной мощности, чтобы уменьшить тепловой линзовый эффект. - Приобретать изображения поглощения МОЛ и ODT от камеры.
ПРИМЕЧАНИЕ: Проверьте перекрытие МОЛ и ODT через их визуализацию поглощения. На рисунке 7б показаны типичные изображения поглощения МОЛ и ODT, соответственно.
- Уклон магнитного поля и спин Смешение ВЧ поле
Примечание: Для того , чтобы генерировать взаимодействующий ферми - газ, смещение магнитное поле в вертикальном направлении , применяются для настройки с -волной длиной рассеяния. - Установите H-мост в программе эксперимента синхронизации, так что магнитное поля изменения конфигурации из анти-Гельмгольца к Гельмгольцу.
Примечание: HelmХольц катушки генерируют смещения магнитного поля для настройки межатомного взаимодействия. - Установите магнитное поле смещения до 330 G в канале 2 и 527,3 G в канале 3 программы управления магнитами.
- Программирование последовательности эксперимента синхронизации развертки магнитного поля от 0 до 330 G G после того, как MOT выключен.
Примечание: Это магнитное поле развертка готовит Слабовзаимодействующий 6 Li Ферми газа для стандартного испарительного охлаждения. - Программирование магнитного поля развертки от 330 г до 527 г для невзаимодействующего Ферми газа 14.
Примечание: Магнитное поле последовательности из 6.2.1-6.2.4. показана на фиг.1, и сроки указаны в таблице 1. - Нанесите шумный радиочастотный импульс , чтобы создать смесь 50:50 двух низших состояний сверхтонких 2 2 S 1/2 (F = 1/2, м F = ± 1/2) 6 Li.
- Настройтесь заблокированными частоты лазера в резонансе с атомами в527,3 С (соответствующий переходом 2 2 S 1/2 (F = 1/2, м F = -1/2) → 2 2 P 3/2 в слабом магнитном поле), изменяя выходную частоту высокочастотного сигнала генератор.
Примечание: Резонансная частота максимизирует число атомов визуализации поглощения, который используется для направления регулировки частоты. Только спин-вниз атомы изображаются представить атомное облако, так как 50:50 спиновые смеси используются для эксперимента.
- Испарительного Охлаждение Trap Опускание
Примечание: Стандартный испарительного охлаждения используется для охлаждения фермионных атомов 6 Li вблизи вырожденного режима. Первый этап испарительного охлаждения управляется с помощью импульса лазера волокна, а второй контролируется ODT ОСО. Почти вырожденный Ферми газ будет использоваться в качестве образца для параметрического охлаждения. - Начало первого этапа испарительного охлаждения остроумияч управляющее программное обеспечение с помощью пульсации мощности волоконного лазера, что увеличивает глубину ловушку ODT к U 0, а затем обратно до 0,1 U 0 (U 0 представляет собой полную глубину ловушки с лазерной мощностью 100 Вт). Общее время этого этапа составляет 0,5 с.
Примечание: Длительность импульса , соответствующего U 0 должно быть ограничено 0,5 с , чтобы избежать теплового линзового эффекта. - Программа ПРТ АОМ с экспоненциальной кривой , как показано на рисунке 1. После того, как первый этап испарительного охлаждения закончен, подождите 30 мс, а затем начать вторую стадию испарительного охлаждения за счет снижения глубины ловушки от 0,1 U 0 до 0,01 U 0 через ODT ОСО. Общее время этого этапа составляет 1,5 с.
- Приобретение поглощения визуализации холодных атомов после испарительного охлаждения.
Примечание: Около 10 5 атомов остаются в ODT после испарительного охлаждения, которая может быть вычислена изПоглощение изображения.
7. Параметрический Охлаждение
- Trap Глубина модуляции
- Подождите 100 мс после магнитной развертки до 527,3 G. модулировать глубину ловушки с ODT АОМ на U (т т) = 0,01 U 0 (1 + δ сов (ω м т м)), где δ глубина модуляции и ω м частота модуляции. Установка времени модуляции т т в параметрической программе управления модуляцией АФГА. Временная последовательность модуляции показана на рисунке 1.
Примечание: Это является ключевым этапом реализации параметрического охлаждения. - Программирование APG выпустить атомы из ODT по резко выключают отлов лучи. Пусть газ баллистического расширить за 300 мкс перед нанесением изображений поглощения.
Примечание: Баллистическое расширение используются при визуализации поглощения TOF, чтобы получить Темпrature холодных атомов. - Приобретение поглощения изображения холодных атомов после параметрического охлаждения.
- Временная зависимость измерения
Примечание: В нашей предыдущей работе 7, мы обнаружили , оптимизированная частоту параметрического охлаждения , чтобы быть 1,45 ω х, где ω х радиальной частота улавливания ODT при 0,01 U 0. Используя эту частоту, можно селективно удалить атомы высокой энергии вдоль осевого направления. - Установите глубину модуляции & delta ; = 0,5 с помощью параметрической программы управления модуляции АФГА.
- Используйте функцию внешнего управления триггером параметрического AFG модуляции для изменения времени модуляции от 0 до 600 мсов, изменяя число циклов модуляции.
Примечание: С увеличением времени модуляции, размер атомного облака будет уменьшен, особенно в осевом направлении. Соответствующие результаты приведены на рисунке 9. - Приобретать кадры изображений с камеры. Сохранить и анализировать изображения с помощью программы управления CCD.