Introduction
Negli ultimi due decenni, varie tecniche di raffreddamento sono state sviluppate per la generazione di condensati di Bose-Einstein (BEC) e degenerare gas di Fermi (DFG) da vapori atomici caldi 1, 2, 3, 4, 5. BEC e DFG sono nuove fasi della materia che esistono in temperature estremamente basse, solitamente un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto, nettamente inferiori a quelli normalmente presenti sulla Terra o nello spazio. Per ottenere tali temperature basse, la maggior parte dei metodi di raffreddamento si basano sulla riduzione del potenziale intrappolamento per raffreddare gli atomi per evaporazione. Tuttavia, lo schema abbassamento diminuisce anche il tasso di collisione degli atomi, che limita l'efficienza di raffreddamento quando il gas raggiunge il regime quantistico 6. In questo articolo, presentiamo un metodo "espulsione" raffreddare per evaporazione un gas ultrafreddi Fermi in un colpo ODTabbassando la profondità trappola. Questo metodo si basa sulla nostra recente studio parametrico di raffreddamento 7, che mostra diversi vantaggi rispetto ai regimi abbassamento 7, 8, 9.
L'idea chiave dello schema parametrica è di impiegare l'anarmonicità del ODT-attraversato fascio, che rende gli atomi caldi vicino al bordo del potenziale intrappolamento sentono le frequenze di cattura non inferiore ai atomi freddi del centro. Questo permette anarmonicità gli atomi caldi per essere selettivamente espulsi dalla trappola modulando il potenziale intrappolamento a frequenze risonanti con gli atomi ad alta energia.
Il protocollo sperimentale di raffreddamento parametrica richiede un gas pre-raffreddato non interagenti Fermi vicino alla temperatura degenerata. Per implementare questo protocollo, un modulatore acusto-ottico (AOM) è utilizzato per modulare l'intensità dei fasci di cattura di controlling modulazione di frequenza, profondità e tempo. Per verificare l'effetto di raffreddamento, la nube atomico sia rilevato l'imaging assorbimento di tempo di volo (TOF), in cui un fascio laser risonante illumina la nube atomica e l'ombra assorbimento viene catturata da un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD). Le proprietà cloud, come il numero di atomi, energia e temperatura, sono determinati dalla densità colonna. Per caratterizzare l'effetto di raffreddamento, si misura la dipendenza delle energie nube sulle varie volte modulazione.
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Protocol
NOTA: Questo protocollo richiede un apparato atomo ultrafredda casa costruita comprese le seguenti attrezzature: due esterni laser cavità diodi (ECDL), una configurazione di bloccaggio del ECDL frequenza di bloccaggio 10 compensato, un laser in fibra per l'ODT, un AOM per la modulazione dell'intensità del laser , un sistema a radiofrequenza (rf) antenna con un generatore di origine e un amplificatore di potenza, un sistema di imaging di assorbimento con una telecamera CCD, un programma per computer per temporizzare sequenza e acquisizione dati (DAQ), un programma di computer per l'elaborazione di immagini e l'analisi dei dati, una coppia di elettromagneti per i campi magnetici MOT e di polarizzazione, ed una camera di ultra alto vuoto comprendente un forno 6 Li vapore e di un rallentatore zeeman (mostrata in figura 1).
Attenzione: tre laser di diverse potenze e lunghezze d'onda vengono utilizzati. Si prega di consultare le relative schede di sicurezza del laser e scegliere gli occhiali di protezione laser corretta.
1. Timing Control
NOTA: Tutte le sequenze di temporizzazione sono controllati da un canale 128 scheda PCI DAQ attraverso un programma di controllo di temporizzazione. La risoluzione della sequenza di temporizzazione è di 100 ms. Diversi programmi di controllo strumentazione vengono utilizzati per controllare le impostazioni degli strumenti, come generatore laser in fibra di funzioni arbitrarie (AFG), ODT AFG, generatore di impulsi arbitrario (APG), parametrica AFG modulazione, MOT multiplexer, generatore RF, ecc.
- Aprire il programma di controllo di temporizzazione e programmi di controllo per gli strumenti.
NOTA: Il programma di controllo invia segnali di temporizzazione TTL (logica transistor-transistor) ai terminali di controllo per eseguire i file di controllo di temporizzazione. Alcuni strumenti sono collegati al computer GPIB (IEEE 488) per il controllo in tempo reale. - Scrivere il file tempistica esperimento e impostare i parametri di temporizzazione come elencato nella tabella 1.
NOTA: La sequenza di temporizzazione dopo MOT è anche illustrato nella figura 2. 2. CCD Preparazione - Accendere il driver della fotocamera CCD e il suo programma di controllo. Impostare la fotocamera CCD in modalità di immagine di particelle velocimetria (PIV) 11. Impostare il tempo di esposizione del CCD a 5 ms.
NOTA: modalità PIV riduce l'intervallo di tempo tra il telaio e segnale di riferimento, che aumenta il rapporto segnale-rumore di imaging assorbimento. - Utilizzare un trigger esterno per controllare l'esposizione del CCD
NOTA: Il tempo di attivazione del CCD è elencato nella tabella 1. - MOT Preparazione Laser
NOTA: La configurazione ottica e risultati rilevanti del metodo DLCM è presentato in riferimento 10.- Accendere il riscaldatore cella di vapore atomico 6 Li e riscaldarlo fino a 340 ° C.
- Riscaldare il laser bloccaggio AOM per 1 h.
- Accendere il controller di blocco frequenza del laser e aprire il suo software. Accendere il laser di modulazione grata e corrente della ECDL nel software.
NOTA: La frequenza di modulazione e l'ampiezza della modulazione reticolo sono impostati a 5 Hz e 1,0 V rispettivamente. La frequenza di modulazione e ampiezza della corrente di modulazione sono impostati a 100 kHz e 0,0015 V pp rispettivamente per ridurre la larghezza di riga laser 10. - Accendere l'emissione ECDL.
NOTA: La luce laser passa attraverso la configurazione ottica MOT e raggiunge la camera a vuoto esperimento. - Leggermente regolare la corrente del laser ECDL manualmente per sintonizzare la frequenza laser finché si osserva il segnale di errore lock-in del 2 linea 6 Li D, come mostrato in Figura 3b.
- Impostare il punto di blocco nel software di controllo al 2 2 S 1/2 (F = 3/2) → 2 2 P 3/2 transizione (vedi figure 3a, 3b). Quindi bloccare la frequenza del laser di questa transizione, e regolare il punto di blocco al centro della transizione 10.
NOTA: Quando la frequenza del laser è bloccato, il segnale di errore di blocco in mostra una piccola fluttuazione nel punto serratura corrispondente alla fluttuazione frequenza intorno al punto di bloccaggio.
- Imaging Preparazione Laser
NOTA: La configurazione ottica e relativi risultati del metodo di bloccaggio di offset sono presentati in riferimento 10.- Attivare il generatore di segnale RF bloccaggio offset.
- Accendere la modulazione del reticolo, e aumentare l'ampiezza di modulazione di 2 V.
- Ripetere il processo di sintonizzazione di frequenza a 3.1.4.-3.1.5. per ottenere il segnale di errore pestaggio frequenza del laser nel oscilloscopio e l'analizzatore di spettro RF.
- Agganciare la frequenza del laser al segnale di battimento dell'offset bloccaggio attraverso due moduli di retroazione PID.
NOTA: Quando la frequenza del laser è bloccato, lo spettro del segnale di battimento nello spettro RF si arresta al punto di chiusura.
- Accendere un APGe l'AOM fascio di imaging.
- Impostare la durata dell'impulso di imaging a 10 ms, ed impostare il tempo di separazione tra i due telai di imaging a 5,5 ms.
- Impostare l'intensità del fascio di imaging per circa 0,3 mi sono seduto, dove sedevo = 2.54 mW / cm 2 rappresenta l'intensità di assorbimento satura della linea 6 Li D 2.
- Fonte lento Atom
- Accendere i riscaldatori del forno.
- Dopo la temperatura del forno raggiungono la regione operativa (vedi Tabella 2), attivare le ventole di raffreddamento per il rallentatore zeeman. Poi lentamente aumentare la corrente del più lento a 9,2 A. Accendere la corrente delle due bobine di crossover a 7 A e 1 A rispettivamente.
NOTA:La distribuzione di temperatura del forno elencati nella tabella 2 è ottimizzato per collimazione e la durata della sorgente atomico 12. La posizione dei riscaldatori del forno è mostrato in Figura 4. - Sbloccare il fascio laser lento Zeeman manualmente aprendo l'otturatore atomico. Impostare la frequenza del fascio laser a 192 MHz rosso-detune con il 2 2 S 1/2 (F = 3/2) → 2 2 P 3/2 transizione.
NOTA: Con questa impostazione, la velocità degli atomi è rallentato da 1.400 m / s fino a 100 m / s. Il rallentatore zeeman è mostrato in Figura 5.
- Gradiente di campo magnetico
NOTA: Questo apparecchio utilizza una coppia di bobine controllati da un circuito di commutazione a ponte ad H per produrre sia un anti-Helmholtz o un campo magnetico Helmholtz. Le bobine sono raffreddati ad acqua per evitare il surriscaldamento.- Ruotare lentamente il flusso d'acqua a 6 galloni / min.
- Impostare il H-bridge per la configurazione di campo magnetico anti-Helmholtz eseguendo il programma di controllo di temporizzazione con il file temporizzazione MOT caricamento.
- Attivare alimentatori dei magneti, e impostare la corrente di ciascuna bobina a circa 18 A tramite il suo programma di controllo, che crea un gradiente di campo magnetico di circa 22 g / cm per MOT.
NOTA: Un MOT statica si osserva nella camera esperimento dopo il gradiente di campo magnetico è acceso.
- MOT dinamica
NOTA: La configurazione ottica del 6 Li MOT contiene tre paia di contatore propagano travi MOT con tutte le coppie ortogonali tra loro. Ogni raggio MOT comprende un fascio di raffreddamento e un fascio repumping. Le intensità e frequenza detunings delle travi, che sono controllati da AOM, sono varie per le tre fasi. Le tensioni di controllo delle AOM vengono impostati tramite circuiti multiplexer comandati da un sistema di controllo di temporizzazione. I parametri per tre fasi sono elencati nella Tabella 3. Il lay otticosu travi MOT è mostrata in figura 6.- Carico, compilare ed eseguire il file esperimento di sincronizzazione nel programma di controllo di temporizzazione su un loop con il controllo del software. La tempistica esperimento inizia con la fase di caricamento MOT. Monitorare il segnale MOT fluorescenza nel fotorivelatore per raggiungere 2 V, che indica circa 10 9 atomi nella MOT.
NOTA: La fluorescenza del MOT è raccolta da una lente con angolo solido di circa 10 -4 rad. Il numero di atomi fase di carico può essere calcolata con il metodo di riferimento 13. - Utilizzare l'otturatore ottico per bloccare il fascio rallentando prima della fase di caricamento termina.
NOTA: I tempi dell'otturatore fascio rallentamento è sempre sotto il controllo della temporizzazione esperimento, che è elencato nella Tabella 1. - Impostare intensità e detunings frequenza dei fasci laser MOT secondo la tabella 3 per la fase di raffreddamento.
NOTA: dopo la fase di raffreddamento, la temperatura delMOT è ridotta a circa 300 μK. - Per la fase di pompaggio, il programma l'esperimento file di temporizzazione per spegnere le travi repumping con l'AOM.
NOTA: Le pompe fase di pompaggio tutti gli atomi nelle basse stati hyperfine 2 2 S 1/2 (F = 1/2). - Spegnere i raggi MOT e spostare il laser di frequenza 30 MHz sotto la risonanza transizione atomico AOM, e bloccare la luce fuoriesce dal AOM con persiane ottici.
NOTA: Dopo la fase MOT, qualsiasi perdita di luce risonante alla nuvola atomica comporterà la perdita atomo. La temporizzazione del controllo AOM e dell'otturatore fascio MOT sono tutti elencati nella Tabella 1. - Dopo il MOT dinamica, acquisire i fotogrammi delle immagini dalla fotocamera. Prendi l'immagini assorbimento del MOT.
NOTA: Il numero atomico del MOT è di circa 10 7 dopo la fase di pompaggio. Una tipica immagine assorbimento del MOT è mostrato nella Figura 7a.
- Carico, compilare ed eseguire il file esperimento di sincronizzazione nel programma di controllo di temporizzazione su un loop con il controllo del software. La tempistica esperimento inizia con la fase di caricamento MOT. Monitorare il segnale MOT fluorescenza nel fotorivelatore per raggiungere 2 V, che indica circa 10 9 atomi nella MOT.
- Trappola dipolo ottico
NOTA: ODT è lo strumento principale per generare gas ultrafreddi di Fermi. Per generare una profonda ODT, un laser in fibra con potenza di emissione 100 W a 1064 nm viene utilizzato. La configurazione di ODT è mostrato in Figura 8.- Attivare il flusso dell'acqua di raffreddamento delle discariche raggio laser.
- Impostare manualmente la tensione di controllo ODT AOM a 1 V. Accendere il laser fibra con potenza di emissione W 13.
- Controllare l'ottica ODT con un visualizzatore di luce infrarossa, e rimuovere la polvere con il flusso di gas argon.
NOTA: La polvere sull'ottica può cambiare il profilo spaziale del ODT, e causare instabilità del ODT. - Comandare l'AFG laser in fibra per generare un impulso laser tramite il programma di controllo AFG.
NOTA: L'uscita dell'impulso laser viene attivato dai tempi esperimento, e l'ora di partenza di questo impulso è impostato a 14 ms prima della fine della fase di caricamento MOT. i Pulscontrollo sequenza e viene mostrata in figura 1, e la tempistica è elencato nella Tabella 1. - impostare manualmente la tensione di controllo ODT AOM a 8 V (80% della potenza RF saturo).
NOTA: La potenza massima rf del conducente AOM dovrebbe essere limitato al 80% della potenza saturo per ridurre l'effetto di lente termica. - Acquisire le immagini di assorbimento del MOT e ODT dalla fotocamera.
NOTA: Controllare la sovrapposizione del MOT e ODT attraverso la loro formazione immagine assorbimento. La figura 7b mostra immagini assorbimento tipici della MOT e ODT, rispettivamente.
- Bias campo magnetico e Spin miscelazione campo RF
NOTA: Al fine di generare un gas di Fermi interagenti, un campo magnetico di polarizzazione nella direzione verticale viene applicata per sintonizzare il s -wave lunghezza di diffusione.- Impostare il H-ponte nel programma di temporizzazione esperimento in modo che le modifiche alla configurazione magnetici campo da anti-Helmholtz a Helmholtz.
NOTA: Il timonebobine Holtz generano il campo magnetico di polarizzazione per la sintonizzazione interazione interatomico. - Impostare il campo magnetico di polarizzazione a 330 G nel canale 2 e 527.3 G nel canale 3 del programma di controllo magneti.
- Programmare la sequenza esperimento temporizzazione a spazzare il campo magnetico da 0 a 330 G G dopo il MOT è spento.
NOTA: Questo campo magnetico spazzata prepara un debolmente interagenti 6 gas Li Fermi per il raffreddamento evaporativo standard. - Programmare una spazzata campo magnetico da 330 G a 527 G per una non interagente Fermi 14 del gas.
NOTA: La sequenza di campo magnetico da 6.2.1-6.2.4. mostrata nella Figura 1, e la tempistica è elencato nella Tabella 1. - Applicare un impulso RF rumoroso per creare una miscela 50:50 delle due bassi stati iperfini 2 2 S 1/2 (F = 1/2, m F = ± 1/2) di 6 Li.
- Sintonizzare la frequenza del laser bloccato risonanza con gli atomi a527.3 G (corrispondente alla transizione 2 2 S 1/2 (F = 1/2, m F = -1/2) → 2 2 P 3/2 al campo magnetico basso) cambiando la frequenza di uscita del segnale RF Generatore.
NOTA: La frequenza di risonanza massimizza il numero di atomi di imaging assorbimento, che viene utilizzato per guidare la regolazione di frequenza. Solo vengono esposte atomi di spin-down per presentare la nube atomica perché le 50:50 miscele di spin sono utilizzati per l'esperimento.
- Impostare il H-ponte nel programma di temporizzazione esperimento in modo che le modifiche alla configurazione magnetici campo da anti-Helmholtz a Helmholtz.
- Raffreddamento per evaporazione dalla trappola Abbassamento
NOTA: Un raffreddamento evaporativo standard viene utilizzata per raffreddare gli atomi fermionici su 6 Li vicino al regime degenerata. La prima fase di raffreddamento per evaporazione è controllata dal polso del laser in fibra e la seconda è controllata dal ODT AOM. Il quasi-degenere di Fermi gas viene utilizzato come campione per raffreddamento parametrica.- Inizia la prima fase di spirito raffreddamento evaporativoh il software di controllo facendo pulsare la potenza del laser in fibra, che aumenta la profondità trappola del ODT U 0, poi di nuovo a 0,1 U 0 (U 0 è la profondità trappola completo con la potenza del laser di 100 W). Il tempo totale di questa fase è di 0,5 s.
NOTA: La durata dell'impulso corrispondente a U 0 deve essere limitata a 0,5 s per evitare l'effetto lensing termico. - Programma ODT AOM con una curva esponenziale come mostrato in Figura 1. Dopo la prima fase di raffreddamento evaporativo è terminata, attendere 30 ms, e quindi avviare la seconda fase di raffreddamento per evaporazione abbassando la profondità trappola da 0,1 U 0 a 0.01 U 0 attraverso l'AOM ODT. Il tempo totale di questa fase è di 1,5 s.
- Acquisire imaging assorbimento degli atomi freddi dopo il raffreddamento evaporativo.
NOTA: Circa 10 5 atomi sono lasciati nel ODT dopo raffreddamento per evaporazione, che può essere calcolato dalimmagine assorbimento.
- Inizia la prima fase di spirito raffreddamento evaporativoh il software di controllo facendo pulsare la potenza del laser in fibra, che aumenta la profondità trappola del ODT U 0, poi di nuovo a 0,1 U 0 (U 0 è la profondità trappola completo con la potenza del laser di 100 W). Il tempo totale di questa fase è di 0,5 s.
- Trappola di profondità di modulazione
- Attendere 100 ms dopo lo sweep magnetico a 527.3 G. Modulate la profondità trappola con l'ODT AOM da U (t m) = 0,01 U 0 (1 + δ cos (ω m t m)), dove δ è la profondità di modulazione e ω m è la frequenza di modulazione. Impostare il tempo di modulazione t m nel programma di controllo della modulazione AFG parametrico. La sequenza temporale della modulazione è mostrato in Figura 1.
NOTA: Questo è il passo fondamentale di attuare raffreddamento parametrico. - Programmare l'APG per rilasciare gli atomi dalla ODT da bruscamente spegnendo le travi di cattura. Lasciate che il gas balisticamente espandersi per 300 ms prima di applicare l'imaging assorbimento.
NOTA: L'espansione balistico viene utilizzato con l'imaging assorbimento TOF per ottenere la temperatura degli atomi freddi. - Acquisire l'immagine assorbimento degli atomi freddi dopo raffreddamento parametrica.
- Attendere 100 ms dopo lo sweep magnetico a 527.3 G. Modulate la profondità trappola con l'ODT AOM da U (t m) = 0,01 U 0 (1 + δ cos (ω m t m)), dove δ è la profondità di modulazione e ω m è la frequenza di modulazione. Impostare il tempo di modulazione t m nel programma di controllo della modulazione AFG parametrico. La sequenza temporale della modulazione è mostrato in Figura 1.
- Tempo di misura Dipendenza
NOTA: Nel nostro precedente lavoro 7, abbiamo trovato la frequenza ottimizzata del raffreddamento parametro sia 1,45 ω x, dove x ω è la frequenza intrappolamento radiale ODT a 0.01 U 0. Usando questa frequenza, possiamo rimuovere selettivamente atomi alta energia lungo la direzione assiale.- Impostare la profondità di modulazione a delta = 0.5 tramite il programma di controllo della modulazione AFG parametrico.
- Utilizzare la funzione di controllo trigger esterno dell'AFG modulazione parametrico per modificare il tempo di modulazione da 0 a 600 ms variando i numeri del ciclo di modulazione.
NOTA: Con l'aumento del tempo di modulazione, si riduce la dimensione della nube atomica, soprattutto nella direzione assiale. I risultati relativi sono mostrati nella Figura 9. Acquisire i frame delle immagini dalla fotocamera. Salvare e analizzare le immagini attraverso il programma di controllo del CCD.
NOTA: telecamera CCD viene utilizzato per registrare imaging assorbimento degli atomi freddi, che è lo strumento diagnostico principale di atomi freddi.
3. 671 nm Preparazione Laser
NOTA: Un singolo ECDL frequenza 671 nm con una potenza di uscita di 500 mW viene utilizzato per generare il raffreddamento MOT e travi di cattura. Un'altra 671 nm ECDL di 35 mW è utilizzata per l'imaging assorbimento. Procedimento corrente di modulazione digitale laser (DLCM)viene applicato per la stabilizzazione frequenza del laser 10. I relativi 6 livelli energetici Li sono mostrati in figura 3a. è necessaria stabilità a temperatura ambiente di 20 ± 1 ° C per la stabilità ottimale di aggancio in frequenza laser.
4. Assorbimento Imaging Preparazione
NOTA: Gli atomi vengono sondati con l'imaging assorbimento, che ha bisogno di due fotogrammi dell'immagine. La prima con atomi è la trama di segnale, e il secondo senza atomi è il fotogramma di riferimento.
5. Gli atomi di raffreddamento con MOT
NOTA: MOT è un metodo di raffreddamento ampiamente utilizzato negli esperimenti atomi ultrafreddi. Questa sezione genera un MOT di circa un miliardo di 6 atomi di litio a circa 300 μK.
7. Raffreddamento Parametric
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Representative Results
Usando questo protocollo, si studia la dipendenza del raffreddamento parametrico sul tempo modulazione con la frequenza di modulazione di ampiezza e ottimizzato, entrambi i quali sono stati determinati nella precedente pubblicazione 7. Abbiamo dapprima una non interagenti gas di Fermi di 6 atomi di litio nei due bassi stati iperfini con una temperatura di T / T F ≈ 1.2. Qui, T F = (6N) 1/3 ħ ω / k B = 5.2 μK viene determinata con numero di atomi di N = 1,7 × 10 5 per giro e la media geometrica ω frequenza intrappolamento = (ω ω x y z ω) 1 / 3 = 2π × (2250 × 2450 × 220) 1/3 Hz, h è la costante di Planck ridotta, e k B è la costante di Boltzmann. Il tempo-Risultati dipendenti sono mostrati in figura 9 con frequenza di modulazione di 1.45ω x, e la profondità di modulazione di 0,5. Le immagini assorbimento TOF delle nubi atomiche (Figura 9a) mostrano una significativa riduzione delle dimensioni nube assiale con l'aumentare del tempo di modulazione, indicativo della temperatura assoluta è continuamente ridotto di raffreddamento parametrica.
Per descrivere quantitativamente l'effetto di raffreddamento, usiamo E (x, z) / E F come termometria efficace per gas ultrafreddi Fermi 7, dove E f è l'energia di Fermi ed E (x, z) sono le energie nube atomici del radiale e le direzioni assiali, rispettivamente. Abbiamo innanzitutto estrarre il numero formato indipendente quadratico medio (NIMS) dalla nube atomica. Poi dal NIMS, calcoliamo E (x, z) / E F di figura 9b. Dopo circa 500 ms modulazione, la E z / E F si riduce significativamente da 1.80 a 0,90 x E / E F è leggermente leggermente aumentata da 1.20 a 1.25. I numeri atomici decreasing in Figura 9b inserto indicano atomi vengono espulsi dalla trappola. Troviamo che il raffreddamento parametrico cambia l'energia nube atomica in modo anisotropo, in cui l'energia nella direzione assiale è inferiore alla energia di Fermi mentre quella radiale è ancora sopra l'energia di Fermi. Si deve notare che le energie disuguali iniziali nella direzione assiale e radiale (figura 9b) è generato dalla trappola rapido abbassamento applicato nella sezione 6.3. Dopo il raffreddamento parametrico, l'energia direzione assiale è notevolmente ridotta mentre l'energia radiale è appena cambiata. Questo risultato indica il modo che il raffreddamento parametrico cambia la nube di energia è anisotropa. Questo effetto anisotropo è dovuto al fatto che ilanarmonicità dominante del ODT-attraversato fascio è lungo la direzione assiale 7. Tali campioni termodinamicamente anisotropi possono essere utilizzati per studiare processi termalizzazione in un sistema quantistico molti corpi interagenti.
Figura 1: Sistema di ultra alto vuoto. La camera a vuoto dell'apparecchiatura atomo ultrafreddo a IUPUI. 1. forno, 2. rallentatore zeeman, 3. bobine magnetiche, 4. camera esperimento e 5. telecamera CCD. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Modalità di funzionamento per il raffreddamento parametrica. La curva nera è la tempistica potenza laser in fibra. La curva rossa è uno otemporizzazione f ODT AOM. La curva ciano rappresenta il campo magnetico. La curva arancione è impulsi di imaging TOF. L'asse orizzontale mostra la scala temporale di ogni fase. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Livelli atomici 6 Li e frequenza del laser di bloccaggio spettri. a) 6 Li D 2 transizione per le travi di raffreddamento e repumping del MOT. b) La curva gialla è lo spettro di assorbimento saturo privo Doppler del 6 Li D 2 riga e la curva rossa è il relativo segnale di errore lock-in. Il picco sinistra è il 2 2 S 1/2 (F = 3/2) → 2 2 P 3/2 transizione, la destra è il 22 S 1/2 (F = 1/2) → 2 2 P 3/2 transizione, e quello centrale è il segnale d'incrocio di due transizioni. La croce precipitare è il punto di bloccaggio. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4: 6 Li forno. Ogni sezione etichettata contiene una bobina di riscaldamento a temperatura controllata per il forno di uscita del flusso atomico richiesto. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figu Re 5: Zeeman più lento. La bobina crossover è l'ultima sezione del Zeeman più lento. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 6: schema ottico MOT. La configurazione ottica per la generazione del MOT e raggi laser rallentamento. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 7: MOT ed immagini assorbimento ODT. a) un'immagine MOT dopo la fase di pompaggio. b) L'immagine del MOT sovrapposta e ODT._upload / 55409 / 55409fig7large.jpg" target = '_ blank'> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 8: sbarrato fascio ottico la layout ODT. L'angolo di incrocio del ODT è 2θ = 12 °. Il laser a fibra AFG controlla la pulsazione del laser, l'AFG ODT controlla la trappola abbassamento curva, e la modulazione parametrica AFG controlla la modulazione dell'intensità del laser. La vita di fascio di entrambi i fasci è di circa 37 um. La polarizzazione del primo fascio è verticale e la polarizzazione della seconda trave orizzontale. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 9: Tempomisurazione dipendenza del raffreddamento parametrica. a) Le immagini di assorbimento delle nubi atomiche di vari momenti di modulazione. b) La dipendenza di E (x, z) / E F in tempo modulazione (cerchi blu sono per E z / E F ei quadrati rossi sono per E x / E F). La figura inserto è il numero di atomi in funzione del tempo di modulazione. Le barre di errore rappresentano una deviazione standard. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
| MOT caricamento su | Punto di partenza |
| tempo di caricamento MOT | 10 s |
| MOT raffreddamento | MOT carico off |
| tempo di raffreddamento MOT | 5 ms |
| MOT pompaggio su | MOT raffreddamento off |
| tempo MOT di pompaggio | 100 ms |
| MOT AOM off | MOT off (lo stesso MOT pompaggio off) |
| otturatore fascio lento Zeeman sulla | 200 ms prima MOT carico off |
| fascio MOT otturatore sulla | MOT off |
| Fibra laser raffreddamento evaporativo ora di inizio | 14 ms prima della fine del MOT loading |
| ODT raffreddamento evaporativo ora di inizio | 500 ms dopo MOT off |
| H-bridge tempo interruttore | MOT off |
| campo spazzata ora di inizio magnetica (da 0 a 330 g) | MOT off |
| ora di inizio del campo magnetico sweep (da 330 a 527.3G) | 2.000 ms dopo MOT off |
| ora di inizio Parametric raffreddamento | 2.500 ms dopo MOT off |
| Imaging tempo di impulso di innesco | 3.200 ms dopo MOT off |
| tempo di attivazione del CCD | 100 ms prima del tempo di attivazione dell'impulso di imaging |
Tabella 1: controllo di temporizzazione sperimentale. Parametri di temporizzazione di sequenza per controllare strumenti sperimentali. La sequenza di temporizzazione inizia MOT carico, raffreddamento e pompaggio. Il fuori MOT è il punto di tempo di dopo MOT di pompaggio.
| Canale 1 | Canale 2 | Canale 3 | Channel 4 | Canale 5 |
| 348 ° C | 354 ° C | 434 ° C | 399 ° C | 372 ° C |
Tabella 2: Oveprofilo di temperatura n. Il forno 6 Li funziona a flusso ottimale con temperature elencate.
| Fase | Caricamento in corso | Raffreddamento | Pumping | |||
| Fascio | Raffreddamento | Repumping | Raffreddamento | Repumping | Raffreddamento | Repumping |
| Detuning dalla transizione bloccato (MHz) | -28 | -28 | -5 | -5 | -2 | OFF |
| Intensità (mi sono seduto) | 2 | 1 | 0.1 | 0.05 | 0,08 | OFF |
Tabella 3: fasi MOT proprietà. La sequenza delle fasi MOT è progettato per massimizzare the numero di atomi da trasferire nel ODT.
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Discussion
Presentiamo un protocollo sperimentale per il raffreddamento di un parametrica non interagente Fermi gas in una trappola ottica attraversato fascio. Le fasi critiche di questo protocollo includono: In primo luogo, il gas di Fermi otticamente intrappolati deve essere raffreddato vicino alla temperatura degenerato abbassando la profondità trappola. Secondo, una frequenza di modulazione è scelto che è risonante con il componente anarmonico del potenziale intrappolamento. In terzo luogo, l'intensità del fascio di intrappolamento viene modulata per raffreddare la nuvola atomica e misurare la dipendenza dell'energia nube sul tempo modulazione.
Rispetto allo schema trappola-abbassamento, il regime di raffreddamento parametrico fornisce un modo selettivo per rimuovere atomi alta energia dalla trappola ottica senza abbassare la profondità trappola. Contribuisce ad aumentare la densità di fase e raffreddare un gas di Fermi non interagente. Poiché tale raffreddamento parametrica è solitamente anisotropa, ma fornisce anche un metodo conveniente per modificare anisotropia temperatura del gas quantisticoes.
Per consentire il raffreddamento parametrico, l'attuale protocollo richiede un gas di Fermi vicina alla temperatura degenerata come punto di partenza. L'effetto di raffreddamento è limitata alla direzione assiale del potenziale intrappolamento. Queste due limitazioni sono causate dalla anarmonicità finita del ODT-attraversato fascio che è fatto da raggi laser gaussiane nel protocollo corrente. Per estendere questo metodo per diverse specie atomiche e applicarlo per grande campo di temperatura, è necessario aumentare l'anarmonicità del potenziale intrappolamento.
Proponiamo due miglioramenti per questa tecnica di raffreddamento. In primo luogo, il raffreddamento parametrica può essere implementato con un potenziale intrappolamento con grande anarmonicità nelle tre direzioni, quali la scatola trappole 15 o legge di potenza trappole 16, che ha il potenziale per raffreddare direttamente gli atomi intrappolati dallo stato termico nel regime degenere senza richiedendo abbassando la trappola otticotutti. In secondo luogo, agitando periodicamente il potenziale intrappolamento ottico attraverso un AOM 17, possiamo sintetizzare il trappola ottica con grande anarmonicità utilizzando il metodo 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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