25Mg+蛍光を用いた真空窓複屈折のSitu測定
Summary
ここで提示される真空窓の複屈折を測定する方法は、ドップラーがイオントラップで25Mg+イオンを冷却して放出する蛍光度+を最大化することによって行う。真空窓の複屈折は、レーザーの偏光状態を変化させるため、外部波板の方位角を変えることで補正することができます。
Abstract
レーザー光の偏光状態を正確に制御することは、精密測定実験において重要です。真空環境を用いた実験では、真空窓の応力誘導複屈折効果が真空システム内のレーザー光の偏光状態に影響を及ぼし、レーザー光の偏光状態をその際に測定し最適化することは非常に困難です。このプロトコルの目的は、真空システムにおけるイオンの蛍光に基づいてレーザー光の偏光状態を最適化する方法と、ミューラー行列を用いた外部波板の方位角に基づいて真空窓の複屈折を計算する方法を示すものです。|3 2 P3/2、F= 4、mF = 4 →の遷移に共鳴するレーザー光によって誘導される225Mg+イオンの蛍光 
→ |322S1/2,F=3,mF=3F = 3 はレーザー光の偏光状態に敏感であり、かつ、純粋な円偏光で最大蛍光が観察される。半波板(HWP)と四分波板(QWP)の組み合わせは、任意の位相遅れを達成することができ、真空窓の複屈折を補償するために使用されます。この実験では、真空チャンバ外のHWPとQWPのペアを用いた25Mg+イオンの蛍+光に基づいて、レーザー光の偏光状態が最適化されます。HWPおよびQWPの方位角を調節して最大のイオン蛍光を得ることで、真空チャンバ内の純粋な円偏光を得ることができる。外部HWPとQWPの方位角角に関する情報を使用して、真空窓の複屈折を決定することができます。
Introduction
冷原子実験1のような多くの研究分野では、電気双極子モーメント2の測定、パリティ非保存3の試験、真空複屈折率4の測定、光学時計5、量子光学実験6、及び液晶研究7、レーザー光の偏光状態を正確に測定し、正確に制御することが重要である。
真空環境を用いた実験では、真空窓の応力誘導複屈折効果がレーザー光の偏光状態に影響を与えます。レーザー光の偏光状態を直接測定するために、真空チャンバ内に偏光分析装置を設置することは不可能です。1つの解決策は、原子やイオンを直接in in in situ偏光分析装置として使用して、真空窓の複屈折を分析することです。Cs原子8 のベクトル光シフトは、発生率レーザー光9の線形偏光の度合いに敏感である。しかし、この方法は時間がかかり、直線偏光レーザー光検出にのみ適用できます。
提示は、イオントラップでの単一の25Mg+蛍光を最大化に基づいて真空チャンバ内のレーザー光の偏光状態を決定する新しい、迅速、正確な、その場での方法です。この方法は、真空窓の複屈折の影響を受けるレーザー光の偏光状態に対する蛍光イオンの関係に基づいています。提案された方法は、真空チャンバ10内のレーザー光の複屈折およびレーザー光の回折度を検出するために用いられる。
この方法は、蛍光速度がレーザー光の偏光状態に敏感である任意の原子またはイオンに適用可能である。また、デモンストレーションは純粋な円偏光を作製するのに用いられるが、真空窓の複屈折に関する知識を持ち、真空室内にレーザー光の任意の偏光状態を作製することができる。したがって、この方法は、幅広い実験に非常に有用である。
Protocol
Representative Results
Discussion
本原稿は、真空窓の複屈折と真空室内のレーザー光の偏光状態をその場で測定する方法を説明する。HWPとQWP(αとβ)の方位角を調整することで、真空窓の複屈折(δとθ)の効果を補いることができ、真空チャンバー内部のレーザーが純粋な円偏光となるようにすることができる。この時点で、真空窓の複屈折とHWPとQWPの方位角との間には明確な関係があり、そこから真空窓の複屈折を推測するこ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、中国国家キーR&Dプログラム(グラント2017YFA0304401)と中国国立自然科学財団(グラント11774108、91336213、および61875065)によって部分的に支援されました。
Materials
| 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 |
Riferimenti
- 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. , (2000).
- Hu, Z. K., et al. Demonstration of an ultrahigh-sensitivity atom-interferometry absolute gravimeter. Physical Review A. 88 (4), 043610 (2013).
