Burada sunulan bir iyon kapanı içinde 25Mg+ iyonları soğutulmuş Doppler tarafından yayılan floresan sayıları maksimize ederek vakum pencerelerin birefringence ölçmek için bir yöntemdir. Vakum pencerelerin birefringence dış dalga plakaları azimuthal açıları değiştirerek telafi edilebilir lazer, polarizasyon durumları değişecektir.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
25Mg+ Floresan Kullanılarak Vakum Pencere Birefringence Yerinde Ölçümü
Bu makalede
Özet
Özet
Hassas ölçüm deneylerinde lazer ışığının polarizasyon durumlarının doğru kontrolü önemlidir. Vakum ortamının kullanımını içeren deneylerde, vakum pencerelerinin strese bağlı kuşafringence etkisi vakum sistemi içinde lazer ışığının polarizasyon durumlarını etkileyecek ve lazer ışığının polarizasyon durumlarını yerinde ölçmek ve optimize etmek çok zordur. Bu protokolün amacı, vakum sistemindeki iyonların floresansına dayalı lazer ışığının polarizasyon durumlarını nasıl optimize edilebildiğini ve Mueller matrisi ile harici dalga plakalarının azimuthal açılarına dayalı vakum pencerelerinin birefringencenasıl hesaplanacağını göstermektir. |32P3/2,F = 4, mF = 4 → geçişi ile rezonansa neden olan lazer ışığıile indüklenen 25Mg+ iyonların floresansı 
| 32S1/2,F = 3, mF = 3lazer ışığının polarizasyon durumuna duyarlıdır ve maksimum floresan saf dairesel polarize ışıkla gözlenir. Yarım dalga plakası (HWP) ve çeyrek dalga plakası (QWP) kombinasyonu rasgele faz geriliği elde edebilir ve vakum penceresinin birefringence telafi etmek için kullanılır. Bu deneyde, lazer ışığının polarizasyon durumu vakum odası dışında HWP ve QWP bir çift ile 25Mg+ iyon floresandayalı optimize edilmiştir. Maksimum iyon floresanelde etmek için HWP ve QWP azimuthal açıları ayarlayarak, bir vakum odası içinde saf dairesel polarize ışık elde edebilirsiniz. Harici HWP ve QWP azimuthal açıları hakkında bilgi ile, vakum penceresinin birefringence belirlenebilir.
Giriş
Soğuk atom deneyleri gibi birçok araştırma alanında1, elektrik dipol moment in ölçümü2, parite-nonconservation 3 testi,vakum birefringence ölçümü4, optik saatler5, kuantum optik deneyleri6, ve sıvı kristal çalışma7, lazer ışığının polarizasyon durumlarını tam olarak ölçmek ve doğru bir şekilde kontrol etmek önemlidir.
Bir vakum ortamının kullanımını içeren deneylerde, vakum pencerelerin strese bağlı birefringence etkisi lazer ışığının polarizasyon durumlarını etkileyecektir. Lazer ışığının polarizasyon durumlarını doğrudan ölçmek için vakum odasının içine bir polarizasyon analizörü koymak mümkün değildir. Bir çözüm vakum pencerelerin birefringence analiz etmek için doğrudan bir in situ polarizasyon analizörü olarak atomlar veya iyonlar kullanmaktır. Cs atomlarının vektör ışık kaymaları8 insidans lazer ışığının doğrusal polarizasyon derecelerine duyarlıdır9. Ama bu yöntem zaman alıcı ve sadece doğrusal polarize lazer ışık algılama uygulanabilir.
Sunulan bir iyon kapanı tek 25Mg+ floresan maksimize dayalı vakum odası içinde lazer ışığının polarizasyon durumunu belirlemek için yeni, hızlı, hassas, yerinde yöntemidir. Yöntem, iyon floresanının vakum penceresinin birefringence'ından etkilenen lazer ışığının polarizasyon durumları ile olan ilişkisine dayanmaktadır. Önerilen yöntem vakum pencereleri ve bir vakum odası içinde lazer ışığıdairesel polarizasyon derecebirefringence tespit etmek için kullanılır10.
Bu yöntem, floresan hızı lazer ışığının polarizasyon durumlarına duyarlı olan tüm atom veya iyonlar için geçerlidir. Buna ek olarak, gösteri saf dairesel polarize ışık hazırlamak için kullanılırken, vakum penceresinin birefringence bilgisi ile, lazer ışık keyfi polarizasyon durumları vakum odası içinde hazırlanabilir. Bu nedenle, yöntem deneyler geniş bir yelpazede için oldukça yararlıdır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
1. Polarize A ve B için referans yönergelerini ayarlayın
- Lazer ışını (280 nm dördüncü harmonik lazer) yoluna polarize A ve polarize B koyun.
- Lazer ışınının polarize lerin yüzeylerine dik olduğundan emin olun ve polarize tutucuları dikkatlice ayarlayarak arka yansıma ışığının olay ışığıyla çakışmasını sağlayın.
NOT: Optik bileşenleri için aşağıdaki tüm hizalama yordamları aynı kurala uymalıdır. Polarize A ve B'nin lazer yoluna yerleştirilmesi önemli değildir. Aralarındaki boşluk, gelecekteki uygun ayarlama için yeterince büyük olmalıdır. - Polarize A'nın arkasına bir güç ölçer koyun ve çıkış gücünü en üst düzeye çıkarmak için polarize cihazı döndürün. Polarize A'nın optik ekseninin azimuthal açısını (Bkz. Sonuçlar ve Tartışma) 0° olarak tanımlayın. Işık yayılımı nın yönünü gözlemlerken saat yönünü pozitif yön ve saat yönünün yönünü negatif yön olarak tanımlayın.
- Polarize A tutmak ve dönüş açıları ve çıkış lazer güçlerini kaydetmek için polarize A arkasında güç ölçer koymak için bir step motor rotasyon sahne kullanın. Sinüzoidal fonksiyonile açı vs güç eğrisi uygun; polarize A'nın maksimum çıkış gücü konumu 0° azimuthal açı konumudur.
- Güç ölçeri polarize B'nin arkasına koyun ve çıkış gücünü en üst düzeye çıkarmak için polarize B'yi döndürün. Polarize B'nin optik ekseninin azimuthal açısı da 0°'dir.
- Polarize B tutmak ve dönüş açıları ve çıkış lazer güçlerini kaydetmek için polarize B arkasında güç ölçer koymak için başka bir step motor rotasyon sahne kullanın. Sinüzoidal fonksiyonile açı vs güç eğrisi uygun; polarize B'nin maksimum çıkış gücü 0° azimuthal açı konumudur (bkz. Şekil 1).
2. Dalga plakalarının azimuthal açıları için referans yönlerini ayarlama
- Polarize A ve polarize B arasındaki ışın yoluna bir HWP koyun ve çıkış gücünü en üst düzeye çıkarmak için HWP döndürün. HWP optik ekseninin azimuthal açısı daha sonra 0° olduğunu.
- HWP tutmak ve dönüş açıları ve çıkış lazer güçlerini kaydetmek için polarize B arkasında güç ölçer koymak için bir step motor rotasyon sahne kullanın. Sinüzoidal fonksiyonile açı vs güç eğrisi uygun; HWP'nin maksimum çıkış gücü 0° azimuthal açısıdır.
- HWP ve polarizatör B arasındaki ışın yoluna bir QWP koyun, çıkış gücünü en üst düzeye çıkarmak için QWP döndürün. QWP optik ekseninazimuthal açısı sonra 0 ° olduğunu.
- QWP tutmak ve dönüş açıları ve çıkış lazer güçlerini kaydetmek için polarize B arkasında güç ölçer koymak için bir step motor rotasyon sahne kullanın. Sinüzoidal fonksiyonile açı vs güç eğrisi uygun; QWP'nin maksimum çıkış gücü konumu 0° azimuthal açı konumudur.
- Polarize B'yi ve güç ölçeri ışın yolundan çıkarın. 25Mg+ iyonları ile etkileşim için bir iyon kapanı evler vakum odasına lazer ışını doğrudan iki ayna kullanın.
NOT: Lazer yayılma yönü vakum odası içinde manyetik alan yönü boyunca olmalıdır. İyonların niceleme eksenini tanımlamak için bir manyetik alan kullanılır.
3. Tek 25Mg+ iyonların doppler soğutma
- Q-anahtarlı Nd:YAG lazer ibaresini 532 nm ablasyon lazerini açın. Tekrarlama hızı 1 kHz olup, darbe enerjisi 150 μJ'dir. Ablasyon lazer vakum odası içinde bir magnezyum tel hedef yüzeyi ışınlar, ve sonra magnezyum (Mg) atomları hedef yüzeyinden atılır.
NOT: Iyon kapanı için güç kaynağı açık olmalıdır. - Aynı zamanda, iyonize Mg atomlarına 285 nm iyonizasyon lazer açın. Iyonizasyon lazeri 1 mW çıkış gücüne sahip dördüncü bir harmonik lazerdir. Iyonizasyon lazeri iyon tuzağının merkezini aydınlatacaktır.
- Elektron un çarpımıyla yüklü bir aygıtın (EMCCD) görüntüsüne bakarak iyon tuzağında yalnızca bir iyonun sıkıştığından emin olun. Kapana kısılmış iyonları gösteren örnek bir resim Şekil 2'degösterilmiştir. Her parlak nokta bir iyondur. Eğer tuzakta birden fazla iyon varsa, iyonları serbest bırakmak için iyon kapanının güç kaynağını kapatın. Sonra sadece bir (yani, tek) iyon sıkışıp kadar adımları 3.1-3.2 tekrarlayın.
NOT: EMCCD'nin ev yapımı görüntüleme sistemi dört camdan oluşur ve büyütmesi 10x'tir. Iyon aralığı yaklaşık 2-10 μm ve EMCCD piksel aralığı 16 μm'dir. Bu nedenle EMCCD tek bir iyonun varlığını tanımlamak için kullanılabilir. - Helmholtz bobinlerinin akımını ayarlayarak manyetik alanı 6,5 Gauss olarak ayarlayın. Manyetik alan, iki yer durumu geçişi arasındaki farklı frekanslar karşılaştırılarak ölçülür
ve. Yöntemin ayrıntıları için lütfen11'ebakın.
4. 280 nm Doppler soğutma lazer frekansını dalga boyumetre12'ye kilitleyin
- 280 nm lazerin frekansını tarayıp foton çarpan tüpü (PMT) tarafından toplanan floresan foton numaralarını bir frekans sayacı ile sayın. Aynı zamanda, bir dalga boyu metre kullanarak lazer frekansını kaydedin. Floresan hızının maksimuma ulaştığı rezonans frekansı ν0'ı bulun.
NOT: Lazer frekansı iyon rezonans frekansına yakın hareket ettiğinde floresan sayısı artacaktır ve rezonans frekansında maksimuma
ulaşacaktır. - Eşlik eden bir bilgisayarda çalışan dijital servo kontrol programını kullanarak lazer frekansını dalga boyu ölçere kilitleyin. Dalga boyu ölçerde '' okuması yapıldığında program grafik arabirimindeki Kilit düğmesine tıklayın.
5. Lazerin yoğunluğunu doygunluk yoğunluğuna eşit olacak şekilde ayarlayın12
- Lazerin frekansını ve gücünü değiştirmek için ışın yolunda kullanılan bir acousto-optik-modülatörün (AOM) sürüş gücünü ayarlayarak lazerin gücünü değiştirin. Güç ve floresan sayar kaydedin.
- Güç eğrisini sığdırın ve floresan denklem (6) ile sayar ve doygunluk gücünü elde
edin. - AOM'nin sürüş gücünü ayarlayarak lazer gücünü ayarlayın.
6. Vakum penceresinin birefringence ölçün.
- Alternatif olarak, floresan sayılarını en üst düzeye çıkarmak için HWP ve QWP'nin azimuthal açılarını ayarlayın. α ve β olan maksimum sayımlarda HWP ve QWP azimuthal açıları kaydedin.
- HWP ve QWP döndürmek ve dönüş açıları ve ilgili floresan sayar kaydetmek için step motor rotasyon aşamaları kullanın.
- Vakum penceresinin birefringence hesaplamak için Denklem (4) ve Denklem (5) kullanın
ve .
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Şekil 3 deneyin ışın yolunu gösterir. Şekil 3 a'dakia polarizatör B açı başlatmadan sonra çıkarılır (Şekil 3b). Lazer bir polarize geçti, bir HWP, bir QWP, ve vakum penceresi, sırayla. Lazerin Stokes vektörü 
nor...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Bu el yazması, vakum penceresinin birefringence ve vakum odası içinde lazer ışığının polarizasyon durumları yerinde ölçüm gerçekleştirmek için bir yöntem açıklar. HWP ve QWP 'nin (α ve β) azimuthal açıları ayarlayarak, vakum penceresinin (δ ve β) birefringence etkisi dengelenebilir, böylece vakum odası içindeki lazer saf dairesel polarize Bir ışıktır. Bu noktada, vakum penceresinin birefringence ve HWP ve QWP azimuthal açıları arasında kesin bir ilişki var, hangi biz vakum penceresinin birefringence çıkarabilirsiniz. Azi...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Teşekkürler
Bu çalışma kısmen Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (Grant No. 2017YFA0304401) ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Grant No. 11774108, 91336213 ve 61875065) tarafından desteklenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 280 nm Doppler soğutma lazeri | Toptica | SYST DL-FHG Pro 280 | Doppler soğutma lazeri |
| 285 nm iyonizasyon lazeri | Toptica | SYST DL-FHG Pro 285 | iyonizasyon lazeri |
| Ablasyon lazeri | Changchun Yeni Endüstriler Optoelektronik Teknolojisi | EL-532-1.5W | Q-anahtarlı Nd:YAG lazer |
| AOM | Gooch & Housego | AOMO 3200-1220 | 257 nm'ye kadar dalga boyu |
| EMCCD kamera | Andor | iXon3 897 | 25< / sup>Mg + < / sup> iyon tuzağında |
| görüntüleme Glan-Taylor polarize | Birliği Optik | Özel | ayrım oranı 1e-6 |
| Yarım dalga plakası | Birliği Optik | Özel | kuvarstan |
| yapılmış Foton çarpan tüpü | Hamamatsu | H8259-09 | floresan sayma |
| Güç ölçer | Thorlabs | PM100D | lazer güç monitörü |
| Çeyrek dalga plakası | Birliği Optik | Özel | kuvarstan yapılmış |
| Ayna | Birliği Optik | 280 nm Step | |
| motor roasyon aşaması | Thorlabs | K10CR1 / M | dönen dalga plakaları |
| Vakum odası | Kimball Fizik | MCF800-SphSq-G2E4C4 | Titanyumdan yapılmış |
| Vakum penceresi | Birliği Optik | Özel | erimiş silikadan yapılmıştır |
Kaynaklar
- Robens, C., et al. High-Precision Optical Polarization Synthesizer for Ultracold-Atom Experiments. Physical Review A. 9 (3), 34016(2018).
- Cairncross, W. B., et al. Precision Measurement of the Electron's Electric Dipole Moment Using Trapped Molecular Ions. Physical Review Letters. 119 (15), 153001(2017).
- Bougas, L., et al. Fundamentals of cavity-enhanced polarimetry for parity-nonconserving optical rotation measurements: Application to Xe, Hg, and I. Physical Review A. 89 (5), 52127(2014).
- Bragin, S., et al. High-Energy Vacuum Birefringence and Dichroism in an Ultra-strong Laser Field. Physical Review Letters. 119 (25), 250403(2017).
- Nicholson, T. L., et al. Systematic evaluation of an atomic clock at total uncertainty. Nature Communications. 6, 6896(2015).
- Roos, C. F., et al. Revealing Quantum Statistics with a Pair of Distant Atoms. Physical Review Letters. 119 (16), 160401(2017).
- Saulius, J., et al. High-efficiency optical transfer of torque to a nematic liquid crystal droplet. Applied Physics Letters. 82, 4657(2003).
- Zhu, K., et al. Absolute polarization measurement using a vector light shift. Physical Review Letters. 111 (24), 243006(2013).
- Steffen, A., et al. Note: In situ measurement of vacuum window birefringence by atomic spectroscopy. Review of Scientific Instruments. 84 (12), 126103(2013).
- Yuan, W. H., et al. A simple method for in situ measurement of vacuum window birefringence. Review of Scientific Instruments. 90 (11), 113001(2019).
- Xu, Z. T., et al. Precision measurement of the 25Mg+ ground-state hyperfine constant. Physical Review A. 96 (5), 052507(2017).
- Zhang, J., et al. A long-term frequency stabilized deep ultraviolet laser for Mg+ ions trapping experiments. Review of Scientific Instruments. 84 (12), 123109(2013).
- Yuan, W. H., et al. Precision measurement of the light shift of 25Mg+ ions. Physical Review A. 98 (5), 52507(2018).
- Loudon, R. The Quantum Theory of Light, 3rd ed. , Oxford University Press. New York. (2000).
- Hu, Z. K., et al. Demonstration of an ultrahigh-sensitivity atom-interferometry absolute gravimeter. Physical Review A. 88 (4), 043610(2013).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
