במדידה סיטו של חלון ואקום Birefringence באמצעות 25מ ג+ פלואורסץ

Summary

מוצג כאן היא שיטה כדי למדוד את birefringence של חלונות ואקום על ידי מקסום ספירות פלואורסצסצט הנפלט על ידי דופלר ^{מקורר 25}מ ג⁺ יונים במלכודת יון. birefringence של חלונות ואקום תשנה את מצבי הקיטוב של הלייזר, אשר ניתן לפצות על ידי שינוי זוויות אזימוטאל של לוחות גל חיצוני.

Abstract

שליטה מדויקת במצבי הקיטוב של אור לייזר חשובה בניסויי מדידה מדויקים. בניסויים הכרוכים בשימוש בסביבת ואקום, אפקט ההתרה בלחץ של חלונות הוואקום ישפיע על מצבי הקיטוב של אור לייזר בתוך מערכת הוואקום, וקשה מאוד למדוד ולייעל את מצבי הקיטוב של אור הלייזר בסיטו. מטרת פרוטוקול זה היא להדגים כיצד לייעל את מצבי הקיטוב של אור הלייזר בהתבסס על הפלואורסצנטיות של יונים במערכת הוואקום, וכיצד לחשב את ההפרה של חלונות ואקום בהתבסס על זוויות אזימוטאל של לוחות גל חיצוני עם מטריצת Mueller. הפלואורסצנטיות ^{של 25}מ”ג⁺ יונים המושרה על ידי אור לייזר מהדהד עם המעבר של |3²P_3/2,F = 4, m_F = 4 → | 3²S_1/2, F =3, m_F = 3 הוארגיש למצב   הקיטוב של אור הלייזר, ופלואורסץ מרבי יצפה עם אור מקוטב מעגלי טהור. שילוב של לוח חצי גל (HWP) וצלחת גל רבעון (QWP) יכול להשיג פיגור שלב שרירותי והוא משמש כפייה על birefringence של חלון ואקום. בניסוי זה, מצב הקיטוב של אור הלייזר ממוטב בהתבסס על פלואורסץ ^{של 25}מ”ג⁺ יון עם זוג HWP ו-QWP מחוץ לתא הוואקום. על ידי התאמת זוויות אזימוטאל של HWP ו QWP כדי להשיג פלואורסצינטיות יון מקסימלית, ניתן להשיג אור מקוטב מעגלי טהור בתוך תא הוואקום. עם המידע על זוויות אזימוטאל של HWP החיצוני ו- QWP, ניתן לקבוע את ההפרה של חלון הוואקום.

Introduction

בתחומי מחקר רבים כגון^{ניסויי אטום קר 1}, מדידה של דיפול^{חשמלי רגע 2}, מבחן של זוגיות-אי-שימור³, מדידה של birefringence ואקום⁴,^{שעונים אופטיים 5}, ניסויי אופטיקה^{קוונטית 6}, ומחקר^{גביש נוזלי 7}, חשוב למדוד במדויק ולשלוט במדויק במצבי הקיטוב של אור לייזר.

בניסויים הכרוכים בשימוש בסביבת ואקום, אפקט ההתרה של חלונות ואקום הנגרמת על-ידי לחץ ישפיע על מצבי הקיטוב של אור לייזר. זה לא אפשרי לשים מנתח קיטוב בתוך תא הוואקום כדי למדוד ישירות את מצבי הקיטוב של אור הלייזר. פתרון אחד הוא להשתמש אטומים או יונים ישירות כמנתח קיטוב סיטו כדי לנתח את birefringence של חלונות ואקום. משמרות האור הווקטוריות של אטומי Cs^{8 רגישות} לדרגות הקיטוב הליניארי של אור הלייזר^9. אבל שיטה זו גוזלת זמן ותוכל ליישם אותה רק על זיהוי אור לייזר מקוטב ליניארי.

מוצג הוא חדש, מהיר, מדויק, בשיטת situ כדי לקבוע את מצבי הקיטוב של אור לייזר בתוך תא ואקום מבוסס על ^{מקסום יחיד 25}מ ג⁺ פלואורססנס במלכודת יון. השיטה מבוססת על הקשר של פלואורסץ יון מצבי קיטוב של אור הלייזר, אשר מושפע על ידי birefringence של חלון ואקום. השיטה המוצעת משמשת לזיהוי birefringence של חלונות ואקום ודרגות של קיטוב מעגלי של אור לייזר בתוך תא ואקום¹⁰.

השיטה ישימה לאטומים או יונים שקצב הפלואורסצנס שלהם רגיש ל מצבי הקיטוב של אור לייזר. בנוסף, בעוד ההדגמה משמשת להכנת אור מקוטב באופן מעגלי גהיד, עם הידיעה על ההתדפסות של חלון הוואקום, ניתן להכין מצבי קיטוב שרירותיים של אור לייזר בתוך תא הוואקום. לכן, השיטה היא די שימושית עבור מגוון רחב של ניסויים.

Protocol

1. הגדר את הוראות ההתייחסות עבור מקטבים A ו- B לשים מקוטב A ו מקטב B לתוך קרן הלייזר (280 נמי’ הרביעי לייזר הרמוני) נתיב. ודא כי קרן הלייזר ניצבת על פני המשטחים של הקיטוב על-ידי כוונון קפדני של מחזיקי הקיטוב כדי לשמור על אור ההשתקפות האחורית במקרה עם אור האירוע.הערה: כל נהלי היישור הבא?…

Representative Results

איור 3 מראה את נתיב הקרן של הניסוי. מקטב B באיור 3a מוסר לאחר אתחול זווית ( איור3b). הלייזר עבר דרך מקטב, HWP, QWP, וחלון ואקום, באופן רציפות. וקטור סטוקס של לייזר הוא , <img a…

Discussion

כתב יד זה מתאר שיטה לביצוע במדידה סיטו של birefringence של חלון הוואקום ואת מצבי הקיטוב של אור הלייזר בתוך תא הוואקום. על ידי התאמת הזוויות האזימוטאל של HWP ו-QWP (α ו-β), ניתן לפצות את ההשפעה של ההפרה של חלון הוואקום (δ ו- ω) כך שניתן יהיה לפצות את הלייזר בתוך תא הוואקום. בשלב זה, קיימת מערכת יחסים מובהקת…

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