Introduction
Nas últimas duas décadas, várias técnicas de arrefecimento ter sido desenvolvido para gerar Bose-Einstein (BEC) e degeneram gases Fermi (DFG) a partir de vapores quentes atómicas 1, 2, 3, 4, 5. BEC e DFG são novas fases de matéria que existem em temperaturas extremamente baixas, normalmente um milionésimos de um grau acima da temperatura do zero absoluto, muito inferiores às normalmente encontradas na Terra ou no espaço. Para obtenção de tais temperaturas baixas, a maioria dos métodos de arrefecimento confiaram na redução do potencial de aprisionamento para arrefecer por evaporação os átomos. No entanto, o esquema de redução também diminui a taxa de colisão dos átomos, o que limita a eficiência da refrigeração quando o gás atinge o regime quântico 6. Neste artigo, apresentamos um método de "expulsar" para refrigerar evaporativo um gás ultracold Fermi em uma ODT semdiminuindo a profundidade armadilha. Este método baseia-se na nossa recente estudo paramétrico de arrefecimento 7, mostrando várias vantagens em comparação com os regimes de abaixamento 7, 8, 9.
A ideia-chave do esquema paramétrico é empregar o anarmonicidade da ODT-beam cruzados, o que torna os átomos mais quentes perto da borda do potencial trapping sentir as freqüências de captura mais baixos do que os átomos mais frios no centro. Isto permite que os átomos de anarmonicidade mais quentes para ser expelido selectivamente a partir da armadilha quando modulando o potencial prendendo a frequências de ressonância com os átomos de alta energia.
O protocolo experimental de arrefecimento paramétrico requer uma pré-arrefecida de gás não interagem Fermi perto da temperatura degenerada. Para implementar este protocolo, um modulador acústico-óptico (OMA) é usado para modular a intensidade dos feixes de armadilhagem por controlling a modulação de frequência, profundidade e tempo. Para verificar o efeito de arrefecimento, a nuvem atómica é sondado por imagiologia de absorção de tempo-de-voo (TOF), onde um feixe de laser de ressonância ilumina a nuvem atómica e a sombra absorção é captada por um dispositivo de carga acoplada (CCD). As propriedades das nuvens, tais como o número de átomos, de energia, e da temperatura, é determinada pela densidade coluna. Para caracterizar o efeito de arrefecimento, medimos a dependência das energias de nuvem sobre as várias vezes de modulação.
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Protocol
NOTA: Este protocolo requer um aparelho átomo ultrafrio construídos em casa, incluindo o seguinte equipamento: dois lasers cavidade diodo externos (ECDL), uma configuração de travamento para a ECDL deslocamento de frequência de bloqueio 10, um laser de fibra para o ODT, um AOM para modulação da intensidade do laser , um sistema de frequência de rádio (RF) de antena com um gerador de fonte e um amplificador de potência, um sistema de imagiologia de absorção com uma câmara CCD, um programa de computador para temporizar sequência e aquisição de dados (DAQ), um programa de computador para processamento de imagem e análise de dados, um par de electromagnetos para os MOT e campos magnéticos de polarização, e uma câmara de vácuo ultra elevado, incluindo um forno de vapor Li 6 e um Zeeman mais lento (mostrado na Figura 1).
Cuidado: Três lasers de diferentes potências e comprimentos de onda são utilizados. Por favor, consulte as folhas de dados de segurança do laser relevantes e escolher os óculos de segurança a laser apropriados.
1. O tempo Control
Nota: Todas as sequências de temporização são controlados por um canal 128 da placa PCI de aquisição de dados através de um programa de controlo de temporização. A resolução da sequência de temporização é de 100 uS. Vários programas de controlo de instrumentação são utilizados para controlar as configurações dos instrumentos, tais como o gerador de funções arbitrárias laser de fibra (AFG), ODT AFG, gerador de impulsos arbitrário (APG), AFG modulação paramétrica, multiplexador MOT, gerador rf, etc.
- Abra o programa de controle de tempo e os programas de controle para os instrumentos.
NOTA: O programa de controle de tempo envia TTL (lógica transistor-transistor) sinais para os terminais de controle para executar os arquivos de controle timing. Alguns instrumentos são conectados ao computador por GPIB (IEEE 488) para controle em tempo real. - Escrever o ficheiro de temporização experiência e definir os parâmetros de tempo, conforme listado na Tabela 1.
NOTA: A sequência após MOT sincronismo também é ilustrado pela Figura 2. 2. CCD Camera Preparação - Ligue o controlador da câmara CCD e seu programa de controle. Defina a câmara CCD para o modo de imagem de partículas velocimetria (PIV) 11. Definir o tempo de exposição CCD de 5 ms.
NOTA: o modo de PIV reduz o intervalo de tempo entre a trama de sinal e de referência, o que aumenta a relação sinal-para-ruído da imagem absorção. - Usar um sinal externo para controlar a exposição CCD
NOTA: O tempo de disparo do CCD está listado na Tabela 1. - Preparação Laser MOT
NOTA: A configuração óptica e resultados relevantes do método DLCM é apresentado em 10 de referência.- Ligar o aquecedor célula vapor atómico 6 Li e aquecê-lo até 340 ° C.
- Aquecer-se o laser de bloqueio OMA durante 1 h.
- Ligue o controlador de bloqueio de frequência laser e abrir o seu software. Ligue o laser modulação ralar e atual da ECDL no software.
NOTA: A frequência de modulação e amplitude da modulação grade são ajustados para 5 Hz e 1,0 V, respectivamente. A frequência de modulação e amplitude da modulação de corrente são ajustados para 100 kHz e 0,0015 V pp, respectivamente, para reduzir a largura de linha do laser 10. - Ligue a emissão ECDL.
NOTA: A luz laser passa através da configuração óptica MOT e atinge a câmara de vácuo experimento. - Ligeiramente ajustar a corrente do laser ECDL manualmente para sintonizar a frequência do laser até se observar o sinal de erro de lock-in do 6 Li D 2 linha, como mostrado na Figura 3b.
- Definir o ponto de bloqueio no software de controlo para o 2 2 S 1/2 (F = 3/2) → 2 2 P 3/2 transição (veja as Figuras 3a, 3b). Em seguida, bloqueie a frequência do laser para esta transição, e ajustar o ponto de bloqueio para o centro da transição 10.
Observação: Uma vez que a frequência laser é bloqueada, o sinal de erro de lock-in mostra uma pequena variação no ponto de bloqueio correspondente à variação de frequência em torno do ponto de bloqueio.
- Preparação Laser de imagem
NOTA: A configuração óptica e resultados relevantes do método de bloqueio de compensação são demonstrados em 10 de referência.- Ligar o gerador de sinais de RF de bloqueio offset.
- Ligar a modulação da grelha de cobertura, e aumentar a amplitude de modulação de 2 V.
- Repita o processo de ajuste de frequência em 3.1.4.-3.1.5. para obter o sinal de erro de bater frequência laser no osciloscópio e analisador de espectro de RF.
- Bloquear a frequência do laser para o sinal de batida do deslocamento de bloqueio através de dois módulos de feedback PID.
NOTA: Uma vez que a frequência do laser está bloqueado, o espectro do sinal bater no espectro de RF vai parar no ponto de bloqueio.
- Ativar um APGe o AOM feixe de imagem.
- Definir a duração do pulso de imagiologia de 10 mS, e ajustar o tempo de separação entre os dois quadros de imagem de 5,5 ms.
- Definir a intensidade do feixe de imagem para cerca de 0,3 I sentou, onde I sentou = 2,54 mW / cm 2 representa a intensidade de absorção saturada da linha 6 Li D 2.
- Lento Fonte Atom
- Ligue os aquecedores do forno.
- Após as temperaturas do forno atingir a zona operante (consulte a Tabela 2), ligar os ventiladores de arrefecimento para o Zeeman mais lento. Então, lentamente, aumentar a corrente do mais lenta a 9,2 A. Ligue o actual das duas bobinas de cruzamento a 7 A e 1 A, respectivamente.
NOTA:A distribuição de temperatura do forno listados na Tabela 2 é optimizado para colimação e tempo de vida da fonte atómica 12. A localização dos aquecedores no forno é mostrado na Figura 4. - Desbloquear o feixe de laser mais lento Zeeman manualmente, abrindo o obturador atômica. Definir a frequência do feixe de laser a 192 MHz vermelho-afinado com o 2 2 S 1/2 (F = 3/2) → 2 2 P 3/2 transição.
NOTA: Com esta configuração, a velocidade dos átomos é retardado de 1400 m / s a 100 m / s. O Zeeman mais lento é mostrado na Figura 5.
- Gradiente de campo magnético
NOTA: Este aparelho utiliza um par de rolos controlados por um circuito interruptor ponte-H para produzir, quer um anti-Helmholtz ou campo magnético de Helmholtz. Os rolos são arrefecidos a água para evitar o sobreaquecimento.- Lentamente ligar o fluxo de água para seis gal / min.
- Definir a ponte-H para a configuração do campo magnético anti-Helmholtz através da execução do programa de controlo de temporização com o ficheiro de temporização MOT carregamento.
- Ligar fontes de alimentação dos imans, e ajustar a corrente de cada bobina e cerca de 18 A, através do seu programa de controlo, o que cria um gradiente de campo magnético de cerca de 22 g / cm para o ITV.
NOTA: Um MOT estático é observado na câmara de experiência depois de o gradiente de campo magnético é ligado.
- MOT dinâmica
NOTA: A configuração óptica do 6 Li MOT contém três pares de contador de propagação vigas MOT com todos os pares ortogonais entre si. Cada feixe MOT inclui um feixe de arrefecimento e um feixe de rebombeio. As intensidades e detunings das vigas, que são controladas por OMAs frequência, são variados para as três fases. As tensões das OMAs controlo são criados através de circuitos de multiplexador comandados por um sistema de controlo de temporização. Os parâmetros para três fases estão listadas na Tabela 3. A disposição ópticapara fora das vigas MOT é mostrado na Figura 6.- Carga, compilar e executar o arquivo experimento cronometrando no programa de controle de tempo em um laço com o controle de software. A temporização experiência começa com a fase de carregamento MOT. Monitorizar o sinal de fluorescência MOT no fotodetector para chegar a 2 V, o que indica cerca de 10 9 átomos no MOT.
NOTA: A fluorescência do MOT é recolhida por uma lente com ângulo espacial de cerca de 10 -4 rad. O número de átomos de fase de carga pode ser calculada através do método em referência 13. - Usar o obturador óptico para bloquear o feixe de desaceleração antes da fase de carregamento termina.
NOTA: O momento do obturador de feixe retardando também está sob o controlo da temporização experiência, que é apresentado na Tabela 1. - Conjunto de intensidades e detunings frequência dos feixes de laser MOT acordo com a Tabela 3 durante a fase de arrefecimento.
NOTA: Após a fase de arrefecimento, a temperatura doMOT é reduzida para cerca de 300 μK. - Para a fase de bombeamento, programa o experimento arquivo de sincronismo para desligar as vigas rebombeio com a OMA.
NOTA: As bombas de fase de bombeamento todos os átomos em estados mais baixos hiperfinas 2 2 S 1/2 (F = 1/2). - Desligar os feixes MOT e deslocar o laser de frequências de 30 MHz abaixo da ressonância transição atómica por AOM, e bloquear a luz vazamento dos OMAs com obturadores ópticos.
NOTA: Após a fase de MOT, qualquer fuga de luz ressonante para a nuvem atômica irá resultar na perda átomo. O momento do controlo AOM e MOT obturador de feixe são todos listados na Tabela 1. - Após a MOT dinâmico, adquirir os quadros de imagem da câmera. Obter a imagem absorção da MOT.
NOTA: O número atômico do MOT é cerca de 10 7 após a fase de bombeamento. Uma imagem absorção típica do MOT é mostrado na Figura 7a.
- Carga, compilar e executar o arquivo experimento cronometrando no programa de controle de tempo em um laço com o controle de software. A temporização experiência começa com a fase de carregamento MOT. Monitorizar o sinal de fluorescência MOT no fotodetector para chegar a 2 V, o que indica cerca de 10 9 átomos no MOT.
- Armadilha de dipolo Optical
NOTA: ODT é a principal ferramenta para gerar gases ultracold Fermi. A fim de gerar uma profunda ODT, um laser de fibra com poder de emissão de 100 W a 1064 nm de comprimento de onda é utilizado. A configuração da DTO é mostrado na Figura 8.- Ligue o fluxo de água para o arrefecimento dos depósitos de feixe de laser.
- Definir a tensão de controlo ODT AOM a 1 V manualmente. Ligar o laser de fibra com poder de emissão 13 W.
- Verifique a óptica ODT com um visor de luz infravermelha, e remover toda a poeira com o fluxo de gás árgon.
NOTA: A poeira sobre a ótica pode alterar o perfil espacial da ODT, e causar instabilidade da ODT. - Comandar o AFG laser de fibra para gerar um pulso de laser por meio do programa de controlo AFG.
NOTA: A saída do impulso de laser é disparado pela temporização experiência, e a hora de início deste impulso é ajustado para 14 ms antes do fim da fase de carregamento MOT. os pulsControlo da sequência e é mostrado na Figura 1, e o tempo é apresentado na Tabela 1. - configurar manualmente a tensão de controlo ODT AOM a 8 V (80% da potência de rf saturado).
NOTA: A potência máxima rf do condutor OMA deve ser limitado a 80% da potência saturado para reduzir o efeito lensing térmica. - Adquirir as imagens de absorção do MOT e ODT da câmera.
NOTA: Verifique a sobreposição da MOT e ODT através da sua imagem absorção. A Figura 7b mostra imagens de absorção típicos da MOT e ODT, respectivamente.
- Viés Campo Magnético e Spin Mistura Campo rf
NOTA: De modo a gerar um gás de Fermi interagindo, um campo magnético de polarização na direcção vertical é aplicada para sintonizar o s -wave comprimento de espalhamento.- Definir a ponte-H no programa de experiências de temporização de modo que as alterações de configuração do campo magnético a partir de anti-Helmholtz para Helmholtz.
NOTA: O Helmbobinas Holtz gerar o campo magnético de polarização para ajustar interacção interatômica. - Definir o campo magnético de polarização de 330 g no canal 2 e 527,3 L de canal 3 do programa de controlo de imans.
- Programar a sequência experimento de temporização para varrer o campo magnético de 0 G a 330 g após o MOT é desligado.
NOTA: Este campo magnético de varrimento prepara um 6 Li Fermi gás fracamente interagindo para arrefecimento evaporativo padrão. - Programar um varrimento do campo magnético a partir de 330 L a 527 L para um não interagem Fermi gás 14.
NOTA: A seqüência de campo magnético de 6.2.1-6.2.4. é mostrado na Figura 1, e o tempo é apresentado na Tabela 1. - Aplicar um impulso de RF barulhenta para criar uma mistura 50:50 dos dois mais baixos estados hiperfinas 2 2 S (1/2 F = 1/2, m M = ± 1/2) de 6 Li.
- Sintonizar a frequência do laser bloqueado ressonante com os átomos em527,3 G (correspondente à transição 2 2 S 1/2 (F = 1/2, m M = -1/2) → 2 2 P 3/2 no campo magnético baixo) alterando a frequência do sinal de saída RF gerador.
NOTA: A frequência de ressonância maximiza o número do átomo da imagiologia de absorção, que é usado para guiar o ajustamento da frequência. Apenas os átomos de spin-baixo são gravadas para apresentar a nuvem atómica porque as misturas 50:50 de spin são usados para a experiência.
- Definir a ponte-H no programa de experiências de temporização de modo que as alterações de configuração do campo magnético a partir de anti-Helmholtz para Helmholtz.
- O arrefecimento evaporativo por Armadilha Baixando
NOTA: Um arrefecimento evaporativo padrão é utilizado para arrefecer os átomos fermiônicos de 6 Li próximo, o regime degenerada. A primeira fase de arrefecimento por evaporação é controlada pelo impulso do laser de fibra e o segundo é controlado pelo ODT AOM. O quase-degenerado Fermi gás vai ser utilizado como a amostra para arrefecimento paramétrico.- Iniciar a primeira fase do engenho de arrefecimento evaporativoh, o software de controlo fazendo pulsar a potência do laser de fibra, o que aumenta a profundidade da armadilha da ODT para L 0, em seguida, de volta para 0,1 L 0 (U 0 é a profundidade armadilha cheio com a potência de laser de 100 W). O tempo total deste estágio é de 0,5 s.
NOTA: A duração do pulso correspondente a L 0 deve ser limitada a 0,5 s, para evitar o efeito lensing térmica. - Programa do AOM ODT com uma curva exponencial, como mostrado na Figura 1. Após a primeira fase de arrefecimento evaporativo está terminado, esperar 30 ms, e, em seguida, iniciar a segunda fase de arrefecimento evaporativo, diminuindo a profundidade da armadilha 0,1 L 0-0,01 L 0 através do AOM ODT. O tempo total deste estágio é de 1,5 s.
- Adquirem a imagem a absorção dos átomos de frio após o arrefecimento por evaporação.
Nota: A cerca de 10 átomos de 5 são deixados no ODT após arrefecimento evaporativo, que pode ser calculada a partir daimagem absorção.
- Iniciar a primeira fase do engenho de arrefecimento evaporativoh, o software de controlo fazendo pulsar a potência do laser de fibra, o que aumenta a profundidade da armadilha da ODT para L 0, em seguida, de volta para 0,1 L 0 (U 0 é a profundidade armadilha cheio com a potência de laser de 100 W). O tempo total deste estágio é de 0,5 s.
- Armadilha Modulation Depth
- Esperar 100 ms após o varrimento magnético de 527,3 G. modular a profundidade armadilha com o ODT OMA por U (t m) = 0,01 U 0 (1 + cos δ (ω m t m)), onde δ é a profundidade de modulação e ω m é a frequência de modulação. Definir o tempo de modulação t m no programa de controle AFG modulação paramétrico. A sequcia de tempo de modulação é mostrado na Figura 1.
NOTA: Este é o passo fundamental da implementação de refrigeração paramétrica. - Programar o APG para libertar os átomos da ODT por abruptamente desligar os feixes de armadilhagem. Deixe o gás ballistically expandir para 300 mS antes de aplicar imagem absorção.
NOTA: A expansão balístico é usado com imagens absorção TOF para obter a temperatura dos átomos frios. - Adquirem a imagem a absorção dos átomos frios Após arrefecimento paramétrico.
- Esperar 100 ms após o varrimento magnético de 527,3 G. modular a profundidade armadilha com o ODT OMA por U (t m) = 0,01 U 0 (1 + cos δ (ω m t m)), onde δ é a profundidade de modulação e ω m é a frequência de modulação. Definir o tempo de modulação t m no programa de controle AFG modulação paramétrico. A sequcia de tempo de modulação é mostrado na Figura 1.
- Medição dependência do tempo
NOTA: No nosso trabalho anterior 7, encontramos a frequência optimizada do arrefecimento paramétrico 1,45 ω x, onde x é ω a frequência aprisionamento radial de ODT em 0,01 L 0. Utilizando esta frequência, que pode remover selectivamente átomos de alta energia ao longo da direcção axial.- Definir a profundidade de modulação a ô = 0,5 através do programa de controlo AFG modulação paramétrico.
- Utilizar a função de controlo de disparo externo do AFG modulação paramétrico para alterar o tempo de modulação de 0 a 600 ms, variando o número de ciclos de modulação.
NOTA: Com o aumento do tempo de modulação, o tamanho da nuvem atômica será reduzido, especialmente a direção axial. Os resultados relevantes são apresentados na Figura 9. Adquirir os quadros de imagem da câmera. Guardar e analisar as imagens através do programa de controle do CCD.
NOTA: câmara CCD é usada para gravar a imagem absorção dos átomos de frio, que é o principal instrumento de diagnóstico de átomos frios.
3. Preparação 671 nm do laser
NOTA: A ECDL frequência única 671 nm, com potência de saída de 500 mW é utilizado para gerar o arrefecimento MOT e vigas de armadilhagem. Outra 671 ECDL nm de 35 mW é usado para imagiologia de absorção. Um método corrente de modulação digital a laser (DLCM)é aplicada para a estabilização de frequência do laser 10. Os níveis de energia 6 Li relacionados são mostrados na Figura 3a. Quarto estabilidade à temperatura de 20 ± 1 ° C é necessária para a estabilidade óptima de bloqueio de frequência do laser.
4. Absorção de imagem Preparação
NOTA: Os átomos são sondados com imagiologia de absorção, o qual necessita de dois fotogramas de imagens. O primeiro com os átomos é o quadro de sinal, e o segundo um sem átomos é o quadro de referência.
5. Os átomos de refrigeração com MOT
NOTA: MOT é um método de refrigeração amplamente utilizado em expericias de átomos ultracold. Esta secção gera um MOT de cerca de um bilião de 6 átomos de Li em cerca de 300 μK.
7. Arrefecimento paramétrico
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Representative Results
Usando este protocolo, estudar a dependência do arrefecimento paramétrico sobre o tempo de modulação com a modulação de frequência de amplitude e optimizado, ambos os quais foram determinados na nossa publicação anterior 7. Em primeiro lugar, preparar um gás não interagem de Fermi de 6 átomos de Li nas duas menores estados hiperfinas com uma temperatura de T / T F ≈ 1,2. Aqui, V F = (6N) 1/3 ħ ω / k B = 5,2 μK é determinada com o número do átomo de N = 1,7 x 10 5 por centrifugação e o aprisionamento ω frequência média geométrica = (x ω ω ω y z) 1 / 3 = 2π × (2,250 x 2,450 × 220) 1/3 Hz, h é a constante de Planck reduzida, e k B é a constante de Boltzmann. A Hora-os resultados são dependentes mostrado na Figura 9, com a frequência de modulação de 1.45ω x, e a profundidade da modulação de 0,5. As imagens de absorção TOF das nuvens atómicas (Figura 9a) mostram uma diminuição significativa do tamanho nuvem axial com o aumento do tempo de modulação, indicando a temperatura absoluta é continuamente reduzido por arrefecimento paramétrico.
Para quantitativamente descrevendo o efeito de refrigeração, que usa E (x, z) / E F como um termometria eficaz para os gases ultrafrio Fermi 7, em que E F é a energia de Fermi e E (x, z) são as energias nuvem atómicos na radial e direcções axiais, respectivamente. Temos primeiro extrair o tamanho número independente quadrado médio (NIMS) a partir da nuvem atômica. Em seguida, a partir do NIMS, calcula-E (x, z) / E F na Figura 9b. Depois de cerca de 500 ms de modulação, o E Z / E F é reduzida significativamente 1,80-0,90 e a E x / E F é ligeiramente aumentado ligeiramente 1,20-1,25. Os números atómicos decrescentes na Figura 9b inserir indicam átomos são expelidos para fora da armadilha. Nós descobrimos que o arrefecimento paramétrico altera a energia atómica nuvem de uma forma anisotrópica, em que a energia na direcção axial é inferior à energia de Fermi, enquanto a uma radial ainda é acima da energia de Fermi. Note-se que as energias desiguais iniciais na direco axial e radial (Figura 9b) é gerado pela armadilha rápido abaixamento aplicada na secção 6.3. Após o arrefecimento paramétrico, a energia direcção axial é reduzida significativamente, enquanto a energia radial é pouco mudou. Este resultado indica o caminho que o resfriamento paramétrico muda a nuvem de energia é anisotrópica. Este efeito anisotrópica é devido ao fato de que oanarmonicidade dominante da ODT-feixe é atravessada ao longo da direcção axial 7. Tais amostras termodinamicamente anisotrópicas podem ser utilizados para estudar processos de termalização em um sistema quântico de muitos corpos interagindo.
Figura 1: sistema de ultra-alto vácuo. A câmara de vácuo do aparelho átomo ultrafrio em IUPUI. 1. forno, 2. Zeeman mais lento, 3. bobinas magnéticas, 4. câmara de experiências e 5. câmara CCD. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: sequência de temporização para o arrefecimento paramétrico. A curva de preto é a potência de laser de fibra de temporização. A curva a vermelho é uma ósincronismo f ODT AOM. A curva ciano representa o campo magnético. A curva de laranja, são os impulsos de imagem TOF. O eixo horizontal mostra a escala de tempo de cada fase. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: níveis atómicos de 6 Li e frequência do laser espectros de bloqueio. a) 6 Li D 2 transição para as vigas de arrefecimento e rebombeio do ITV. b) A curva de amarelo é o saturado espectros de absorção livre de Doppler de 6 Li linha D 2, e a curva de vermelho é o sinal de erro de lock-in relacionada. O pico da esquerda é o 2 2 S 1/2 (F = 3/2) → 2 2 P 02/03 de transição, a uma certa é o 22 S 1/2 (F = 1/2) → 2 2 P 02/03 de transição, e o meio é o sinal de cruzamento das duas transições. A cruz traço é o ponto de bloqueio. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: 6 Li forno. Cada secção contém uma marcada controlada temperatura da serpentina de aquecimento para o forno para a saída do fluxo atómico necessário. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figu re 5: Zeeman mais lento. A bobina de crossover é a última seção do Zeeman mais lento. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: MOT disposição óptica. A configuração óptica para a geração da MOT e retardando feixes de laser. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7: MOT e imagens de absorção ODT. a) imagem MOT após o bombeamento fase. b) A imagem do ITV sobreposta e ODT._upload / 55409 / 55409fig7large.jpg" target = '_ blank'> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8: cruzadas-Beam ODT disposição óptica. O ângulo de cruzamento do ODT é 2θ = 12 °. O laser de fibra AFG controla o pulsar do laser, o ODT AFG controla a armadilha abaixamento curva, e a modulação paramétrico AFG controla a modulação de intensidade do laser. A cintura do feixe de ambas as vigas é de cerca de 37? M. A polarização do primeiro feixe é vertical e a polarização do segundo feixe é horizontal. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 9: Tempomedição dependência de arrefecimento paramétrico. a) As imagens de absorção das nuvens atómicas de vários tempos de modulação. b) A dependência de E (x, z) / E F em vez de modulação (círculos azuis são para E Z / E F e os quadrados vermelhos são para o E x / E F). A figura inserida é o número do átomo de modulação em função do tempo. As barras de erro representam um desvio padrão. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| MOT carregamento sobre | Ponto de partida |
| tempo MOT carregamento | 10 s |
| MOT arrefecimento sobre | MOT carregamento fora |
| tempo de arrefecimento MOT | 5 ms |
| MOT bombeamento em | MOT arrefecimento fora |
| tempo MOT bombeamento | 100 mS |
| MOT AOM off | MOT fora (O mesmo que MOT bombeamento fora) |
| Zeeman obturador de feixe mais lento em | 200 ms antes do carregamento MOT fora |
| feixe MOT obturador na | MOT off |
| evaporativo laser de fibra arrefecimento hora de início | 14 ms antes do fim do carregamento MOT |
| ODT arrefecimento evaporativo hora de início | 500 ms após MOT off |
| tempo de comutação de ponte-H | MOT off |
| Magnética campo de varrimento hora de início (de 0 a 330 g) | MOT off |
| hora de início campo magnético varredura (de 330 para 527.3G) | 2.000 ms após MOT off |
| hora de início de arrefecimento paramétrico | 2.500 ms após MOT fora |
| Imagem tempo de disparo de pulso | 3.200 ms após MOT off |
| tempo de disparo do CCD | 100 uS antes de o tempo de disparo do pulso de imagiologia |
Tabela 1: controlo de temporização Experimental. Os parâmetros de temporização de sequências para controlar os instrumentos experimentais. A sequência de temporização inicia a carga MOT, refrigeração e bombagem. O MOT off é o momento de depois de bombeamento MOT.
| canal 1 | canal 2 | canal 3 | channel 4 | channel 5 |
| 348 ° C | 354 ° C | 434 ° C | 399 ° C | 372 ° C |
Tabela 2: Oveperfil de temperatura n. O forno 6 Li opera no fluxo óptima com as temperaturas indicadas.
| Estágio | Carregando | Resfriamento | bombeamento | |||
| viga | Resfriamento | rebombeio | Resfriamento | rebombeio | Resfriamento | rebombeio |
| Detuning de transição bloqueado (MHz) | -28 | -28 | -5 | -5 | -2 | FORA |
| Intensidade (I sat) | 2 | 1 | 0,1 | 0,05 | 0,08 | FORA |
Tabela 3: Propriedades fases MOT. A sequência de fases MOT é concebido para maximizar the o número de átomos de ser transferido para o ODT.
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Discussion
Apresenta-se um protocolo experimental para o arrefecimento paramétrico de um gás não interagem de Fermi em uma armadilha óptico de feixe cruzado. Os passos críticos deste protocolo incluem: Em primeiro lugar, o gás de Fermi opticamente preso tem de ser arrefecido perto da temperatura degenerada, diminuindo a profundidade armadilha. Em segundo lugar, uma frequência de modulação é escolhida que é ressonante com o componente anarmônico do potencial de aprisionamento. Em terceiro lugar, a intensidade do feixe de trapping é modulada para resfriar a nuvem atômica e medir a dependência da energia nuvem sobre o tempo de modulação.
Comparado com o esquema de redução da armadilha, o regime de arrefecimento paramétrico fornece uma maneira selectiva para remover átomos de alta energia da armadilha óptica sem reduzir a profundidade armadilha. Ajuda a aumentar a densidade da fase de cool e um gás de Fermi não interagem. Porque um tal arrefecimento paramétrico é geralmente anisotrópica, que também fornece um método conveniente para modificar anisotropia temperatura do gás quânticoes.
Para permitir o arrefecimento paramétrico, o protocolo requer uma corrente de gás de Fermi perto da temperatura degenerada como o ponto de partida. O efeito de arrefecimento é também limitada à direcção axial do potencial de aprisionamento. Estas duas limitações são causadas pela anarmonicidade finita do ODT-feixe cruzado que é feita por raios laser de Gauss no protocolo corrente. Para prolongar este método para diferentes espécies atómicas e aplicá-lo para ampliar a gama de temperaturas, é preciso aumentar a anarmonicidade do potencial de aprisionamento.
Propomos duas melhorias para esta técnica de resfriamento. Em primeiro lugar, o arrefecimento paramétrico pode ser implementado com um potencial de captura com grande anarmonicidade em todas as três direcções, tais como a caixa de armadilhas 15 ou poder-lei armadilhas 16, que tem o potencial para arrefecer directamente os átomos aprisionados a partir do estado térmico no regime degenerada sem exigindo abaixamento da armadilha óptica atodos. Em segundo lugar, agitando periodicamente o potencial captura óptica através de uma otite média aguda 17, pode-se sintetizar a armadilha óptica com grande anarmonicidade usando o método Floquet 18.
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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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