Summary
यहां प्रस्तुत एक आयन जाल में डॉप्लर द्वारा उत्सर्जित फ्लोरेसेंस काउंट को अधिकतम 25करके वैक्यूम+ खिड़कियों के बिरेफ्लेंस को मापने की एक विधि है। वैक्यूम खिड़कियों की द्विअभनीयता लेजर के ध्रुवीकरण राज्यों को बदल देगी, जिसकी भरपाई बाहरी तरंग प्लेटों के अजिमुथल कोणों को बदलकर की जा सकती है।
Abstract
लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों का सटीक नियंत्रण सटीक माप प्रयोगों में महत्वपूर्ण है। वैक्यूम वातावरण के उपयोग से जुड़े प्रयोगों में, वैक्यूम खिड़कियों का तनाव-प्रेरित द्विप्रेमी प्रभाव वैक्यूम सिस्टम के अंदर लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों को प्रभावित करेगा, और सीटू में लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों को मापना और अनुकूलित करना बहुत मुश्किल है। इस प्रोटोकॉल का उद्देश्य यह प्रदर्शित करना है कि वैक्यूम सिस्टम में आयनों के फ्लोरेसेंस के आधार पर लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों को कैसे अनुकूलित किया जाए, और म्यूलर मैट्रिक्स के साथ बाहरी तरंग प्लेटों के अज़ीमुथल कोणों के आधार पर वैक्यूम खिड़कियों के द्विवर्तन की गणना कैसे की जाए। लेजर लाइट से प्रेरित 25मिलीग्राम+ आयनों का फ्लोरेसेंस जो 3 2 पी3/2,एफ = 4, एमएफ = 4 2→ के संक्रमण से गूंजता 
है । 32एस1/2,एफ =3, एमएफ = 3लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण की स्थिति के प्रति संवेदनशील है, और अधिकतम फ्लोरेसेंस शुद्ध परिपत्र ध्रुवीकृत प्रकाश के साथ मनाया जाएगा। हाफ-वेव प्लेट (एचडब्ल्यूपी) और क्वार्टर-वेव प्लेट (क्यूडब्ल्यूपी) का संयोजन मनमाने चरण मंदता को प्राप्त कर सकता है और इसका उपयोग वैक्यूम विंडो के द्विप्रणान की भरपाई के लिए किया जाता है। इस प्रयोग में, लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्य वैक्यूम कक्ष के बाहर एचडब्ल्यूपी और क्यूडब्ल्यूपी की एक जोड़ी के साथ 25मिलीग्राम+ आयन के फ्लोरेसेंस के आधार पर अनुकूलित किया जाता है। अधिकतम आयन फ्लोरेसेंस प्राप्त करने के लिए एचडब्ल्यूपी और क्यूडब्ल्यूपी के अज़ीमुथल कोणों को समायोजित करके, कोई भी वैक्यूम कक्ष के अंदर शुद्ध परिपत्र ध्रुवीकृत प्रकाश प्राप्त कर सकता है। बाहरी एचडब्ल्यूपी और क्यूडब्ल्यूपी के अजिमुथल कोणों पर जानकारी के साथ, वैक्यूम विंडो की द्विभक्षीता निर्धारित की जा सकती है।
Introduction
कई शोध क्षेत्रों जैसे कोल्ड एटम प्रयोग1,इलेक्ट्रिक डाइपोल पल2का माप, समता-गैर-संरक्षितता का परीक्षण3,वैक्यूम बिरेफ्रेंस4का माप, ऑप्टिकल घड़ियां5,क्वांटम ऑप्टिक्स प्रयोग6,और तरल क्रिस्टल अध्ययन7,लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों को सटीक रूप से मापना और सही ढंग से नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है।
वैक्यूम वातावरण के उपयोग से जुड़े प्रयोगों में, वैक्यूम खिड़कियों का तनाव-प्रेरित द्विप्रेमी प्रभाव लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों को प्रभावित करेगा। लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों को सीधे मापने के लिए वैक्यूम चैंबर के अंदर एक ध्रुवीकरण विश्लेषक डालना संभव नहीं है। एक समाधान वैक्यूम खिड़कियों के birefringence का विश्लेषण करने के लिए सीटू ध्रुवीकरण विश्लेषक में सीधे परमाणुओं या आयनों का उपयोग करना है। सीएसपरमाणुओं 8 के वेक्टर लाइट शिफ्ट घटना लेजर लाइट9के रैखिक ध्रुवीकरण की डिग्री के प्रति संवेदनशील हैं । लेकिन इस विधि समय लेने वाली है और केवल रैखिक ध्रुवीकृत लेजर प्रकाश का पता लगाने के लिए लागू किया जा सकता है।
प्रस्तुत एक आयन जाल में एकल 25मिलीग्राम+ फ्लोरेसेंस को अधिकतम करने के आधार पर वैक्यूम चैंबर के अंदर लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों को निर्धारित करने के लिए सीटू विधि में एक नया, त्वरित, सटीक है। विधि लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों के लिए आयन फ्लोरेसेंस के संबंध पर आधारित है, जो वैक्यूम खिड़की के birefringence से प्रभावित है। प्रस्तावित विधि का उपयोग वैक्यूम खिड़कियों के द्विप्रमुखता और एक वैक्यूम कक्ष10के अंदर लेजर लाइट के परिपत्र ध्रुवीकरण की डिग्री का पता लगाने के लिए किया जाता है ।
विधि किसी भी परमाणु या आयनों पर लागू होती है जिसकी फ्लोरेसेंस दर लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों के प्रति संवेदनशील है। इसके अलावा, जबकि प्रदर्शन का उपयोग शुद्ध परिपत्र ध्रुवीकृत प्रकाश तैयार करने के लिए किया जाता है, वैक्यूम खिड़की के द्विभक्षीता के ज्ञान के साथ, लेजर प्रकाश के मनमाने ध्रुवीकरण राज्यों को वैक्यूम कक्ष के अंदर तैयार किया जा सकता है। इसलिए, विधि प्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए काफी उपयोगी है।
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Protocol
1. ध्रुवीकरण ए और बी के लिए संदर्भ निर्देश स्थापित करें
- लेजर बीम (280 एनएम चौथा हार्मोनिक लेजर) पथ में ध्रुवीकरण ए और ध्रुवीकरण बी रखो।
- सुनिश्चित करें कि लेजर बीम सावधानी से ध्रुवीकरण धारकों को समायोजित करने के लिए घटना प्रकाश के साथ वापस प्रतिबिंब प्रकाश संयोग रखने के द्वारा ध्रुवीकरण की सतहों के लिए लंबवत है ।
नोट: प्रकाशिकी घटकों के लिए सभी निम्नलिखित संरेखण प्रक्रियाओं को एक ही नियम का पालन करना चाहिए। लेजर पथ में ध्रुवीकरण ए और बी का प्लेसमेंट महत्वपूर्ण नहीं है। उन दोनों के बीच की दूरी भविष्य सुविधाजनक समायोजन के लिए काफी बड़ी होनी चाहिए। - ध्रुवीकरण ए के पीछे एक बिजली मीटर रखो और आउटपुट पावर को अधिकतम करने के लिए ध्रुवीकरण को घुमाएं। ध्रुवीकरण ए के ऑप्टिकल धुरी के अज़ीमुथल कोण (परिणाम और चर्चा देखें) को 0 डिग्री के रूप में परिभाषित करें। प्रकाश प्रचार की दिशा के साथ अवलोकन करते समय सकारात्मक दिशा और प्रतिवर्त दिशा को नकारात्मक दिशा के रूप में परिभाषित करें।
- एक स्टेपर मोटर रोटेशन चरण का प्रयोग करें ध्रुवीकरण एक पकड़ और ध्रुवीकृत एक के पीछे बिजली मीटर डाल रोटेशन कोण और उत्पादन लेजर शक्तियों रिकॉर्ड करने के लिए । एक साइनसॉयडल फ़ंक्शन के साथ कोण बनाम पावर वक्र फिट करें; ध्रुवीकरण ए की अधिकतम आउटपुट पावर स्थिति 0 डिग्री एजिमुथल कोण स्थिति है।
- ध्रुवीकरण बी के पीछे बिजली मीटर रखो और आउटपुट पावर को अधिकतम करने के लिए ध्रुवीकरण बी घुमाएं। ध्रुवीकरण बी की ऑप्टिकल धुरी का अजिमुथल कोण भी 0 डिग्री है।
- ध्रुवीकरण बी पकड़ और ध्रुवीकृत बी के पीछे बिजली मीटर डाल करने के लिए रोटेशन कोण और उत्पादन लेजर शक्तियों रिकॉर्ड करने के लिए एक और स्टेपर मोटर रोटेशन चरण का प्रयोग करें । एक साइनसॉयडल फ़ंक्शन के साथ कोण बनाम पावर वक्र फिट करें; ध्रुवीकरण बी की अधिकतम आउटपुट पावर स्थिति 0° एजिमुथल कोण स्थिति है (चित्रा 1देखें)।
2. तरंगप्लेट के अज़िमुथल कोणों के लिए संदर्भ निर्देश स्थापित करें
- ध्रुवीकरण ए और ध्रुवीकरण बी के बीच बीम पथ में एक एचडब्ल्यूपी रखो और उत्पादन शक्ति को अधिकतम करने के लिए एचडब्ल्यूपी को घुमाएं। एचडब्ल्यूपी की ऑप्टिकल धुरी का अजिमुथल कोण तब 0 डिग्री है।
- एचडब्ल्यूपी को पकड़ने के लिए एक स्टेपर मोटर रोटेशन चरण का उपयोग करें और रोटेशन कोण और आउटपुट लेजर शक्तियों को रिकॉर्ड करने के लिए पावर मीटर को ध्रुवीकरण बी के पीछे रखें। एक साइनसॉयडल फ़ंक्शन के साथ कोण बनाम पावर वक्र फिट करें; एचडब्ल्यूपी की अधिकतम आउटपुट पावर पोजीशन 0 डिग्री एजिमुथल एंगल है।
- एचडब्ल्यूपी और ध्रुवीकरण बी के बीच बीम पथ में एक QWP रखो, उत्पादन शक्ति को अधिकतम करने के लिए QWP घुमाएँ। क्यूडब्ल्यूपी की ऑप्टिकल धुरी का अजिमुथल कोण तब 0 डिग्री है।
- QWP को पकड़ने के लिए एक स्टेपर मोटर रोटेशन चरण का उपयोग करें और रोटेशन कोण और आउटपुट लेजर शक्तियों को रिकॉर्ड करने के लिए पावर मीटर को ध्रुवीकरण बी के पीछे रखें। एक साइनसॉयडल फ़ंक्शन के साथ कोण बनाम पावर वक्र फिट करें; क्यूडब्ल्यूपी की अधिकतम आउटपुट पावर स्थिति 0 डिग्री एजिमुथल कोण स्थिति है।
- बीम पथ से ध्रुवीकरण बी और बिजली मीटर हटा दें। वैक्यूम कक्ष में लेजर बीम को निर्देशित करने के लिए दो दर्पणों का उपयोग करें जो 25मिलीग्राम+ आयनों के साथ बातचीत करने के लिए आयन जाल रखते हैं।
नोट: लेजर प्रचार दिशा वैक्यूम कक्ष के अंदर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के साथ होना चाहिए। आयनों की मात्रात्मक धुरी को परिभाषित करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया जाता है।
3. सिंगल 25मिलीग्राम+ आयनों का डॉप्लर ठंडा
- 532 एनएम एब्लेशन लेजर चालू करें, जो क्यू-स्विच्ड एनडी: वाईएजी लेजर है। इसकी पुनरावृत्ति दर 1 किलोहर्ट्ज है, जिसमें 150 माइक्रोजे की पल्स एनर्जी है। एब्लेशन लेजर वैक्यूम चैंबर के अंदर मैग्नीशियम तार लक्ष्य सतह को विकिरणित करता है, और फिर मैग्नीशियम (एमजी) परमाणुओं को लक्ष्य सतह से बाहर निकाल दिया जाता है।
नोट: आयन जाल के लिए बिजली की आपूर्ति चालू की जानी चाहिए। - इसके साथ ही आयनित एमजी परमाणुओं को 285 एनएम आयनीकरण लेजर चालू करें। आयनीकरण लेजर 1 एमडब्ल्यू की आउटपुट पावर के साथ चौथा हार्मोनिक लेजर है। आयनीकरण लेजर आयन जाल के केंद्र को रोशन करेगा।
- सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रॉन गुणा चार्ज किए गए युग्मित डिवाइस (ईएमसीसीडी) की छवि को देखकर आयन जाल में केवल एक आयन फंस गया है। एक उदाहरण छवि में फंसे हुए आयनों को चित्र 2में दिखाया गया है । प्रत्येक उज्ज्वल स्थान एक आयन है। यदि जाल में एक से अधिक आयन है, तो आयन जाल की बिजली आपूर्ति बंद कर दें ताकि आयनों को छोड़ दिया जा सके। फिर केवल एक (यानी, एकल) आयन फंस जाने तक चरण 3.1-3.2 दोहराएं।
नोट: EMCCD के घर का बना इमेजिंग प्रणाली चार लेंस के होते हैं, और इसकी आवर्धन 10x है । आयन स्पेसिंग लगभग 2-10 माइक्रोन है और ईएमसीसीडी का पिक्सल स्पेसिंग 16 माइक्रोन है। इसलिए, ईएमसीसीडी का उपयोग एक एकल आयन के अस्तित्व की पहचान करने के लिए किया जा सकता है। - हेल्महोल्ट्ज़ कॉयल के वर्तमान को समायोजित करके चुंबकीय क्षेत्र को 6.5 गॉस बनने के लिए सेट करें। चुंबकीय क्षेत्र दो जमीन राज्य संक्रमण के बीच विभिन्न आवृत्तियों की तुलना करके मापा जाता है,
और 
। विधि के विवरण के लिए कृपया11का उल्लेख करें ।
और 
। विधि के विवरण के लिए कृपया11का उल्लेख करें ।4. एक तरंगदैर्ध्य मीटर12 के लिए 280 एनएम डॉप्लर कूलिंग लेजर आवृत्ति ताला
- 280 एनएम लेजर की आवृत्ति को स्कैन करें और एक फोटॉन गुणक ट्यूब (पीएमटी) द्वारा एकत्र किए गए फ्लोरेसेंस फोटॉन नंबरों को एक आवृत्ति काउंटर द्वारा गिनें। साथ ही, तरंगदैर्ध्य मीटर का उपयोग करके लेजर की आवृत्ति को रिकॉर्ड करें। जहां फ्लोरेसेंस दर अधिकतम तक पहुंचतीहै, वहां गूंजती आवृत्ति का पता लगाएं।
नोट: फ्लोरेसेंस की गिनती तब बढ़ेगी जब लेजर फ्रीक्वेंसी आयन सुनाई देती है और यह सुनाई देने वाली आवृत्ति पर अधिकतम पहुंच जाएगी
। - एक डिजिटल सर्वो नियंत्रण कार्यक्रम है कि एक साथ कंप्यूटर पर चल रहा है का उपयोग कर तरंगदैर्ध्य मीटर के लिए लेजर आवृत्ति ताला । प्रोग्राम ग्राफिक इंटरफेस पर लॉक बटन पर क्लिक करें जब तरंगदैर्ध्य मीटर की रीडिंग दिखाती है।
।5. संतृप्ति तीव्रता12 के बराबर करने के लिए लेजर की तीव्रता सेट करें
- लेजर की आवृत्ति और शक्ति को बदलने के लिए बीम पथ में उपयोग किए जाने वाले एक एसीको ऑप्टिक-मॉड्यूलर (एओएम) की ड्राइविंग शक्ति को समायोजित करके लेजर की शक्ति को बदलें। रिकॉर्ड शक्ति और फ्लोरेसेंस मायने रखता है।
- शक्ति के वक्र फिट और फ्लोरेसेंस समीकरण (6) के साथ मायने रखता है, और संतृप्ति शक्ति प्राप्त करते
हैं। - एओएम की ड्राइविंग पावर को एडजस्ट करके लेजर पावर सेट करें।
6. वैक्यूम खिड़की के बिरेफ्लेंस को मापें।
- वैकल्पिक रूप से, फ्लोरेसेंस मायने रखता है को अधिकतम करने के लिए एचडब्ल्यूपी और क्यूडब्ल्यूपी के अज़ीमुथल कोणों को समायोजित करें। एचडब्ल्यूपी और क्यूडब्ल्यूपी के एजिमुथल कोणों को अधिकतम गणनाओं में रिकॉर्ड करें, जो α और β हैं।
- एचडब्ल्यूपी और क्यूडब्ल्यूपी को घुमाने के लिए स्टेपर मोटर रोटेशन चरणों का उपयोग करें और रोटेशन कोण और संबंधित फ्लोरेसेंस मायने रखता है रिकॉर्ड करें।
- θ वैक्यूम विंडो के द्विभक्षीता की गणना करने के लिए समीकरण (4) और समीकरण (5) का उपयोग
करें।
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Representative Results
चित्रा 3 प्रयोग के बीम पथ से पता चलता है। चित्रा 3a ए में ध्रुवीकरण बी कोण आरंभीकरण(चित्र 3बी) केबाद हटा दिया जाता है। लेजर एक ध्रुवीकरण, एक HWP, एक QWP, और वैक्यूम खिड़की, क्रमिक रूप से के माध्यम से पारित कर दिया । लेजर का स्टोक्स वेक्टर 
है, जहां 
सामान्यीकृत लेजर शक्ति है। स्टोक्स वेक्टर ध्रुवीकरण पारित करने के बाद होना 
चाहिए, जिसका मतलब है कि लेजर रैकर ध्रुवीकृत था । ध्रुवीकरण, एचडब्ल्यूपी, क्यूडब्ल्यूपी और वैक्यूम विंडो के लिए म्यूलर मैट्रिस 
क्रमशः थे। अंत में आयन लेजर से उत्साहित था और फ्लोरेसेंस एक पीएमटी द्वारा एकत्र किया गया था । वैक्यूम चैंबर के अंदर लेजर के स्टोक्स वेक्टर था
जहां आर घूर्णन मैट्रिक्स है, α और β क्रमशः एचडब्ल्यूपी और क्यूडब्ल्यूपी के अजिमुथल कोण हैं। प्रत्येक ऑप्टिकल घटकों और घूर्णन मैट्रिक्स के म्यूलर मैट्रिक्स नीचे दिए गए हैं:
समीकरण (1) से, वैक्यूम चैंबर के अंदर लेजर के स्टोक्स वेक्टर है:
यहाँ
विशेष रूप से, जब लेजर परिपत्र ध्रुवीकृत है, कि 
है, वहां होना चाहिए
या
दो परिणाम इस बात के अनुरूप हैं कि क्या हम तेज धुरी कोण को 0 डिग्री या धीमी धुरी कोण को 0 डिग्री के रूप में परिभाषित करते हैं। वे बराबर थे जब तेज धुरी धीमी धुरी के साथ आदान-प्रदान किया गया था। समीकरण (4) और समीकरण (5) वेवप्लेट के अज़ीमुथल कोणों और वैक्यूम विंडो के द्विभक्षीता के बीच संबंध हैं जब वैक्यूम कक्ष में लेजर परिपत्र रूप से ध्रुवीकृत होता है।
वैक्यूम कक्ष के अंदर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों का निर्धारण करने के लिए, किसी को प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों और फ्लोरेसेंस के बीच संबंध पता होना चाहिए। क्योंकि 25मिलीग्राम+ आयन में 48 ज़ीमैन स्तर हैं, जैसा कि चित्र 4में दिखाया गया है, विश्लेषणात्मक समाधान दर समीकरणों से प्राप्त नहीं किए जा सकते हैं। लेकिन इन्हें संख्यात्मक कार्यक्रम द्वारा अनुकरण किया जा सकता है, और अंक 5 में संख्यात्मक परिणाम दिखाए जातेहैं। आंकड़ा में, ध्रुवीकरण राज्यों और फ्लोरेसेंस के बीच संबंधों को विभिन्न प्रकाश तीव्रता के तहत गिना जाता है। रिश्तों से, हम जानते है कि वैक्यूम चैंबर के अंदर प्रकाश के ध्रुवीकरण की स्थिति है 
जब फ्लोरेसेंस मायने रखता है अधिकतम कर रहे हैं । इस स्थिति में, फ्लोरेसेंस काउंट का उतार-चढ़ाव <2% है।
प्रोटोकॉल सेक्शन 5 में लेजर की तीव्रता संतृप्ति तीव्रता के लिए सेट है। जब लेजर की आवृत्ति तय की जाती है, तो फ्लोरेसेंस काउंट लेजर की तीव्रता पर निर्भर करता है। रिलेशन14 है
जहांडी गूंजती आवृत्ति से लेजर detuning 
है, मैग्नीशियम आयन के ऊपरी ऊर्जा स्तर की प्राकृतिक लाइनविड्थ है। और लेजर तीव्रता और 
संतृप्ति तीव्रता, क्रमशः कर रहे हैं । तीव्रता और शक्ति का संबंध होता 
है , इसलिए यदि शक्ति है तो प्रकाश की तीव्रता 
है । चित्रा 6 लेजर शक्ति के संबंध से पता चलता है और फ्लोरेसेंस विभिन्न detuning आवृत्तियों के तहत मायने रखता है। हम संतृप्त शक्ति प्राप्त करने के लिए समीकरण (6) के साथ घटता फिट कर सकते हैं ।
एक तरंगप्लेट के अज़ीमुथल कोण को ठीक करके और दूसरे को घुमाकर, और कोणों और फ्लोरेसेंस की गिनती रिकॉर्ड करके, हमें चित्र 7मिला। लाल रेखा सैद्धांतिक परिणाम है और त्रुटि सलाखों के साथ काले बिंदुओं प्रयोगात्मक परिणाम हैं। वे एक दूसरे के साथ बहुत अच्छी तरह से सहमत हैं, विधि की विश्वसनीयता का प्रदर्शन ।
चित्रा 1: ध्रुवीकरण बी और लेजर शक्ति के azimuthal कोण के बीच संबंध । ध्रुवीकरण बी के अजिमुथल कोण को घुमाएं और लेजर शक्ति रिकॉर्ड करें। फिट इलाज एक साइनोसॉयडल फंक्शन है। ध्रुवक बी का अज़िमुथल कोण 0 डिग्री है जब शक्ति अधिकतम होती है। 180 डिग्री के कोण अंतर के साथ दो ध्रुवीकरण धुरी पदों के अनुरूप दो अधिकतम अंक हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2: EMCCD द्वारा उठाए गए फंसे आयनों की तस्वीर । पहली पंक्ति दो फंसे आयनों का उदाहरण दिखाती है, और दूसरी पंक्ति एक फंसे आयन का उदाहरण दिखाती है। प्रत्येक उज्ज्वल स्थान एक आयन से मेल खाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 3: प्रायोगिक सेट अप के लिए योजनाबद्ध। }aविभिन्न ऑप्टिकल घटकों के अजिमुथल कोणों को परिभाषित करने के लिए प्रायोगिक सेटअप। प्रत्येक घटकों के कोणों को आरंभ करने के लिए ध्रुवीकरण ए (जीएल-ए) का उपयोग किया गया था, और इस आरंभीकरण का विश्लेषण करने के लिए ध्रुवीकरण बी (जीएल-बी) का उपयोग किया गया था। 
/2 HWP है, /4 QWP है । (ख)वैक्यूम विंडो के द्विभक्षीता का निर्धारण करने के लिए प्रायोगिक सेटअप । एक 280 एनएम लेजर एक ध्रुवीकरण ए (जीएल-ए), एक एचडब्ल्यूपी, एक क्यूडब्ल्यूपी और वैक्यूम विंडो से गुजरता है, और फिर 25मिलीग्राम+ आयनों को रोशन करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 4: 25मिलीग्राम+ आयन के प्रासंगिक ऊर्जा स्तर। एफ कुल कोणीय गति क्वांटम संख्या है, और एमएफ चुंबकीय क्वांटम संख्या है । विभिन्न एमएफ मूल्य विभिन्न ज़ीमैन स्तरों के अनुरूप होते हैं जिनमें चुंबकीय क्षेत्र के तहत विभिन्न ऊर्जा मूल्य होते हैं। आंकड़ा में 48 Zeeman स्तर हैं (प्रत्येक एक छोटी क्षैतिज लाइनों के साथ दिखाया गया है) कि जनसंख्या वितरण अनुकरण के लिए उपयोग किया जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 5: लेजर ध्रुवीकरण राज्य के संबंध को दिखाने वाले सिमुलेशन परिणाम और फ्लोरेसेंस विभिन्न लेजर तीव्रता के साथ मायने रखता है। चुंबकीय क्षेत्र 6.5 जी पर तय किया गया था, जो हमारे प्रयोगात्मक पैरामीटर के अनुरूप है। यह आंकड़ा युआन एट अल10से संशोधित किया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 6: फ्लोरेसेंस विभिन्न लेजर फ्रीक्वेंसी डिट्यूनिंग डी के लिए लेजर पावर प्रति 0.1 एस बनाम काउंट करताहै। यह आंकड़ा युआन एट अल13से संशोधित किया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 7: फ्लोरेसेंस का संबंध तरंग प्लेटों के अज़ीमुथल कोणों के साथ गिना जाता है। (क)149 डिग्री पर सेट क्यूडब्ल्यूपी के कोण के साथ एचडब्ल्यूपी के अज़ीमुथल कोणों को अलग करें। (ख)क्यूडब्ल्यूपी के अजिमुथल कोणों को 2.6 डिग्री पर सेट एचडब्ल्यूपी के कोण के साथ अलग करें। काले बिंदुओं प्रयोगात्मक परिणाम हैं, त्रुटि सलाखों फ्लोरेसेंस गिनती उतार चढ़ाव के मानक विचलन द्वारा निर्धारित किया गया । लाल रेखाएं सिमुलेशन परिणामों के आधार पर सैद्धांतिक गणना परिणाम हैं। यह आंकड़ा युआन एट अल10से संशोधित किया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
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Discussion
यह पांडुलिपि वैक्यूम विंडो के द्विप्रेमी और वैक्यूम कक्ष के अंदर लेजर प्रकाश के ध्रुवीकरण राज्यों के सीटू माप में प्रदर्शन करने की एक विधि का वर्णन करती है। एचडब्ल्यूपी और क्यूडब्ल्यूपी (α और β) के अज़ीमुथल कोणों को समायोजित करके, वैक्यूम विंडो (δ और θ) के द्विभक्षी के प्रभाव की भरपाई की जा सकती है ताकि वैक्यूम कक्ष के अंदर लेजर एक गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश हो। इस बिंदु पर, वैक्यूम खिड़की के द्विभक्षी और एचडब्ल्यूपी और क्यूडब्ल्यूपी के अज़िमुथल कोणों के बीच एक निश्चित संबंध मौजूद है, जिसमें से हम वैक्यूम विंडो के द्विभक्षीता का अनुमान लगा सकते हैं। अज़ीमुथल कोणों की माप त्रुटियां बिरेफ्लेंस माप की सटीकता को प्रभावित करती हैं। इसलिए, वेवप्लेट एजिमुथल कोण चरण के आरंभीकरण में, स्टेपर मोटर रोटेशन चरण पर्याप्त रूप से सटीक होना चाहिए (~ 0.001 डिग्री)। एक विकल्प के रूप में, अन्य सामान्य चरण मंदक, जैसे क्रिस्टल वेव प्लेटें, तरल-क्रिस्टल-आधारित तरंग प्लेटें या इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलर, वैक्यूम विंडो के द्विभक्षी क्षतिपूर्ति के लिए उपयोग किया जा सकता है। कुछ अन्य व्यवस्थित अनिश्चितताएं माप सटीकता को भी प्रभावित करेंगी, जैसे कि आवृत्ति और लेजर की शक्ति स्थिरता, पीएमटी की अंधेरी गिनती, शॉट शोर, और इसी तरह। इन युआन एट अल10में चर्चा कर रहे हैं ।
विधि को सही ढंग से करने के लिए, एक को लेजर तैयार करने के लिए 25 मिलीग्राम+,लेजर के ध्रुवीकरण राज्यों को समायोजित करने के लिए HWP और QWP की एक जोड़ी, 25मिलीग्राम + विकिरण के लिए लेजर तैयार करने की जरूरत है, ध्रुवीकरण राज्यों की गारंटी और परीक्षण करने के लिए दो ग्लैन-टेलर ध्रुवीकरण, आयन भंडारण के लिए आयन जाल, दर्पण, एमजी लक्ष्य सामग्री, फोटॉन की गिनती के लिए पीएमटी, जाल में आयन इमेजिंग के लिए EMCCD, स्पीपर मोटर रोटेशन चरणों को ध्रुवीकरण और वेवप्लेट के azimuthal कोणों को समायोजित करने के लिए।
वैक्यूम-आधारित प्रयोगों में, जैसे ऑप्टिकल घड़ियां5,ठंडे परमाणु1,परमाणु इंटरफेरोमीटर15,क्वांटम ऑप्टिक्स प्रयोग6,इस विधि का उपयोग वैक्यूम विंडो के बिरेफ्लेंस को मापने के लिए किया जा सकता है। बिरेफ्लेंस वैक्यूम विंडो पर तनाव के कारण होता है; इसलिए तापमान में बदलाव होने पर यह अलग होगा। चूंकि विधि बहुत सरल और तेज है, इसलिए इसे वेप्लेट को प्रतिक्रिया द्वारा वास्तविक समय में थर्मल प्रभाव की भरपाई करने के लिए लागू किया जा सकता है।
इस विधि की सफलता लेजर ध्रुवीकरण राज्यों के लिए फ्लोरेसेंस दर की अत्यंत उच्च संवेदनशीलता पर टिकी हुई है। वहां परमाणु या आयन प्रणाली जिसका फ्लोरेसेंस दर लेजर ध्रुवीकरण राज्यों के प्रति संवेदनशील नहीं हो सकता है । इसलिए, अन्य परमाणु या आयन प्रणालियों में, काम करने की विधि के लिए, लेजर ध्रुवीकरण राज्यों के संबंधों का अनुकरण और फ्लोरेसेंस मायने रखता है यह निर्धारित करने के लिए किया जाना चाहिए कि यह विधि उपयुक्त है या नहीं। सिमुलेशन दर समीकरणों पर आधारित है। अधिक चरण और छोटे चरण का आकार परिणाम को अधिक सटीक बना देगा, लंबे समय तक माप समय के नकारात्मक पक्ष के साथ। कदम काफी छोटे होने चाहिए, हमारे अनुभव में इसके बारे में है 
। प्रत्येक स्तर की आबादी पर्याप्त समय के बाद स्थिर अवस्था में पहुंच जाएगी। उचित समय विशिष्ट आयन या परमाणु की ऊर्जा स्तर संरचनाओं के साथ जुड़ा हुआ है। 25मिलीग्राम+ आयन के लिए, सिमुलेशन में 48 ऊर्जा स्तर होते हैं, इसलिए 106 गुना कदम उपयुक्त हैं। अन्य परमाणुओं या आयनों के लिए, उपयुक्त चरण संख्या निर्धारित करने के लिए जनसंख्या को पहले अनुकरण किया जाना चाहिए।
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Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
इस काम को आंशिक रूप से चीन के राष्ट्रीय कुंजी अनुसंधान और विकास कार्यक्रम (अनुदान संख्या 2017YFA0304401) और नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (ग्रांट नग 11774108, 91336213, और 61875065) द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
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