Præsenteret her er en metode til at måle birefringence af vakuum vinduer ved at maksimere fluorescens tæller udsendes af Doppler afkølet 25Mg+ ioner i en ion fælde. Den birefringence af vakuum vinduer vil ændre polarisering stater af laseren, som kan kompenseres ved at ændre azimuthal vinkler af eksterne bølge plader.
Nøjagtig styring af polariseringsstaterne for laserlys er vigtig i præcisionsmålingsforsøg. I forsøg, der involverer brug af et vakuum miljø, stress-induceret birefringence effekt af vakuum vinduer vil påvirke polarisering tilstande af laserlys inde i vakuumsystemet, og det er meget vanskeligt at måle og optimere polarisering stater laserlys in situ. Formålet med denne protokol er at demonstrere, hvordan man optimerer polarisering tilstande af laserlys baseret på fluorescens af ioner i vakuumsystemet, og hvordan man beregner birefringence af vakuum vinduer baseret på azimuthal vinkler af eksterne bølge plader med Mueller matrix. Fluorescensen på 25Mg+ ioner fremkaldt af laserlys, der er resonant med overgangen på |32P3/2,F = 4, mF = 4 → | 32S1/2,F=3, mF = 3er følsom over for laserlysets polariseringstilstand, og maksimal fluorescens vil blive observeret med rent cirkulært polariseret lys. En kombination af halvbølgeplade (HWP) og kvartbølgeplade (QWP) kan opnå vilkårlig fasehæmning og bruges til at kompensere for vakuumvinduets bifræsende dannelse. I dette eksperiment er laserlysets polariseringstilstand optimeret baseret på fluorescensen af 25Mg+ ion med et par HWP og QWP uden for vakuumkammeret. Ved at justere azimuthal vinkler af HWP og QWP for at opnå maksimal ion fluorescens, kan man opnå en ren cirkulært polariseret lys inde i vakuumkammeret. Med oplysningerne om azimuthal vinkler af den eksterne HWP og QWP, kan birefringence af vakuum vinduet bestemmes.
På mange forskningsområder somkoldatoksperimenter 1, måling af det elektriske dipoløjepunkt2, test af paritet-nonconservation3, måling af vakuumbirefringence4, optiskeure 5, kvanteoptikforsøg6og flydende krystalundersøgelse7, er det vigtigt præcist at måle og præcist kontrollere polariseringsstaterne for laserlys.
I forsøg, der involverer brug af et vakuum miljø, stress-induceret birefringence effekt af vakuum vinduer vil påvirke polarisering tilstande af laserlys. Det er ikke muligt at sætte en polarisering analysator inde i vakuumkammeret til direkte at måle polarisering stater laserlys. En løsning er at bruge atomer eller ioner direkte som en in situ polarisering analysator til at analysere birefringence af vakuum vinduer. Vektorlysets skift af Cs-atomer8 er følsomme over for graden af lineær polarisering af forekomsten laserlys9. Men denne metode er tidskrævende og kan kun anvendes på den lineært polariserede laserlys detektion.
Præsenteret er en ny, hurtig, præcis, in situ metode til at bestemme polarisering tilstande af laserlys inde i vakuumkammer baseret på maksimering enkelt 25Mg+ fluorescens i en ionfælde. Metoden er baseret på forholdet mellem ionfluorescens til polarisering stater laserlys, som er påvirket af birefringence af vakuum vinduet. Den foreslåede metode anvendes til påvisning af birefringence af vakuum vinduer og grader af cirkulær polarisering af laserlys inde i et vakuumkammer10.
Metoden gælder for alle atomer eller ioner, hvis fluorescenshastighed er følsom over for polarisering tilstande af laserlys. Desuden, mens demonstrationen bruges til at forberede en ren cirkulært polariseret lys, med viden om birefringence af vakuum vinduet, vilkårlige polarisering tilstande af laserlys kan forberedes inde i vakuumkammeret. Derfor er metoden ganske nyttig til en bred vifte af eksperimenter.
Dette manuskript beskriver en metode til at udføre in situ måling af birefringence af vakuum vinduet og polarisering stater laserlys inde i vakuumkammeret. Ved at justere azimuthal vinkler af HWP og QWP (α og β), effekten af birefringence af vakuum vinduet (δ og θ) kan kompenseres, således at laseren inde i vakuumkammeret er en ren cirkulært polariseret lys. På dette tidspunkt, der findes en klar sammenhæng mellem birefringence af vakuum vinduet og azimuthal vinkler af HWP og QWP, hvorfra vi kan udlede birefrin…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev delvist støttet af National Key F&D Program of China (Grant No. 2017YFA0304401) og National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11774108, 91336213 og 61875065).
280 nm Doppler cooling laser | Toptica | SYST DL-FHG Pro 280 | Doppler cooling laser |
285 nm ionization laser | Toptica | SYST DL-FHG Pro 285 | ionization laser |
Ablation laser | Changchun New Industries Optoelectronics Technology | EL-532-1.5W | Q-switched Nd:YAG laser |
AOM | Gooch & Housego | AOMO 3200-1220 | wavelengh down to 257 nm |
EMCCD camera | Andor | iXon3 897 | imaging of 25Mg+ in ion trap |
Glan-Taylor polarizer | Union Optic | Custom | distinction ratio 1e-6 |
Half waveplate | Union Optic | Custom | made of quartz |
Photon multiplier tube | Hamamatsu | H8259-09 | fluorescent counting |
Power meter | Thorlabs | PM100D | laser power monitor |
Quarter waveplate | Union Optic | Custom | made of quartz |
Mirror | Union Optic | Custom | dielectric coated for 280 nm |
Stepper motor roation stage | Thorlabs | K10CR1/M | rotating wave plates |
Vacuum chamber | Kimball Physics | MCF800-SphSq-G2E4C4 | made of Titanium |
Vacuum window | Union Optic | Custom | made of fused silica |