In Situ Medición de la Birefringencia de la Ventana de Vacío usando 25Mg+ Fluorescencia

Summary

Aquí se presenta un método para medir la birefringencia de las ventanas de vacío maximizando los recuentos de fluorescencia emitidos por Doppler enfriado ²⁵Mg⁺ iones en una trampa de iones. La birefringencia de las ventanas de vacío cambiará los estados de polarización del láser, que se puede compensar cambiando los ángulos acimutales de las placas de onda externas.

Abstract

El control preciso de los estados de polarización de la luz láser es importante en los experimentos de medición de precisión. En los experimentos que implican el uso de un entorno de vacío, el efecto de birefringencia inducido por el estrés de las ventanas de vacío afectará a los estados de polarización de la luz láser dentro del sistema de vacío, y es muy difícil medir y optimizar los estados de polarización de la luz láser in situ. El propósito de este protocolo es demostrar cómo optimizar los estados de polarización de la luz láser basados en la fluorescencia de iones en el sistema de vacío, y cómo calcular la birefringencia de las ventanas de vacío basadas en ángulos azimutales de placas de onda externas con matriz Mueller. La fluorescencia de ²⁵Mg⁺ iones inducidas por la luz láser que es resonante con la transición de 3²P_3/2,F a 4, m_F a 4 → | 3²S_1/2,F a 3, m_F a 3es sensible al estado de   polarización de la luz láser, y la fluorescencia máxima se observará con luz polarizada circular pura. Una combinación de placa de media onda (HWP) y placa de cuarto de onda (QWP) puede lograr un retardo de fase arbitrario y se utiliza para compensar la birefringencia de la ventana de vacío. En este experimento, el estado de polarización de la luz láser se optimiza en función de la fluorescencia de ²⁵Mg⁺ ion con un par de HWP y QWP fuera de la cámara de vacío. Al ajustar los ángulos acimutales del HWP y QWP para obtener la máxima fluorescencia iónica, se puede obtener una luz polarizada circular pura dentro de la cámara de vacío. Con la información sobre los ángulos acimutales del HWP y QWP externos, se puede determinar la birefringencia de la ventana de vacío.

Introduction

En muchos campos de investigación como experimentos de átomos fríos¹, medición del dipolo eléctrico momento², prueba de paridad-no conservación³, medición de la birefringencia de vacío⁴, relojes ópticos⁵, experimentos de óptica cuántica⁶, y estudio de cristal líquido⁷, es importante medir con precisión y controlar con precisión los estados de polarización de la luz láser.

En los experimentos que implican el uso de un entorno de vacío, el efecto de birefringencia inducido por el estrés de las ventanas de vacío afectará los estados de polarización de la luz láser. No es factible colocar un analizador de polarización dentro de la cámara de vacío para medir directamente los estados de polarización de la luz láser. Una solución es utilizar átomos o iones directamente como un analizador de polarización in situ para analizar la birefringencia de las ventanas de vacío. Los cambios de luz vectorial de los átomos Cs⁸ son sensibles a los grados de polarización lineal de la luz láser de incidencia⁹. Pero este método consume mucho tiempo y sólo se puede aplicar a la detección de luz láser polarizada linealmente.

Presentado es un nuevo método rápido, preciso, in situ para determinar los estados de polarización de la luz láser dentro de la cámara de vacío basado en maximizar una sola ^{fluorescencia de 25}Mg⁺ en una trampa de iones. El método se basa en la relación de la fluorescencia iónica con los estados de polarización de la luz láser, que se ve afectada por la birefringencia de la ventana de vacío. El método propuesto se utiliza para detectar la birefringencia de las ventanas de vacío y los grados de polarización circular de la luz láser dentro de una cámara de vacío¹⁰.

El método es aplicable a cualquier átomo o iones cuya tasa de fluorescencia sea sensible a los estados de polarización de la luz láser. Además, mientras que la demostración se utiliza para preparar una luz pura polarizada circularmente, con el conocimiento de la birefringencia de la ventana de vacío, los estados de polarización arbitraria de la luz láser se pueden preparar dentro de la cámara de vacío. Por lo tanto, el método es bastante útil para una amplia gama de experimentos.

Protocol

1. Configure las direcciones de referencia para los polarizadores A y B Coloque el polarizador A y el polarizador B en la trayectoria del rayo láser (280 nm cuarto láser armónico). Asegúrese de que el rayo láser es perpendicular a las superficies de los polarizadores ajustando cuidadosamente los soportes del polarizador para mantener la luz de retrorresciendo coincidente con la luz incidente.NOTA: Todos los siguientes procedimientos de alineación para los componentes ópticos deben seguir la…

Representative Results

La Figura 3 muestra la trayectoria de la viga del experimento. El polarizador B de la Figura 3a se elimina después de la inicialización del ángulo(Figura 3b). El láser pasó a través de un polarizador, un HWP, un QWP y la ventana de vacío, secuencialmente. El vector Stokes del láser …

Discussion

Este manuscrito describe un método para realizar la medición in situ de la birefringencia de la ventana de vacío y los estados de polarización de la luz láser dentro de la cámara de vacío. Al ajustar los ángulos azimutales del HWP y el QWP (α y β), el efecto de la birefringencia de la ventana de vacío (δ y ) se puede compensar de modo que el láser dentro de la cámara de vacío sea una luz polarizada circular pura. En este punto, existe una relación definitiva entre la birefringencia de la ventana de vacío…

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