Presentert her er en metode for å måle birefringence av vakuumvinduer ved å maksimere fluorescens teller som slippes ut av Doppler avkjølt 25Mg+ ioner i en iion felle. Birefringence av vakuumvinduer vil endre polariseringsstatene til laseren, som kan kompenseres ved å endre azimuthal vinkler av eksterne bølgeplater.
Nøyaktig kontroll av polariseringsstatene til laserlys er viktig i presisjonsmålingseksperimenter. I eksperimenter som involverer bruk av et vakuummiljø, vil den stressinduserte birefringence effekten av vakuumvinduene påvirke polariseringsstatene til laserlys inne i vakuumsystemet, og det er svært vanskelig å måle og optimalisere polariseringsstatene til laserlyset in situ. Formålet med denne protokollen er å demonstrere hvordan man optimaliserer polariseringsstatene til laserlyset basert på fluorescensen av ioner i vakuumsystemet, og hvordan man beregner birefringens av vakuumvinduer basert på azimuthal vinkler av eksterne bølgeplater med Mueller matrise. Fluorescensen av 25Mg+ ioner indusert av laserlys som er resonans med overgangen på |32P3/2,F= 4, mF = 4 → | 32S1/2,F =3, mF = 3er følsom for polariseringstilstanden til laserlyset, og maksimal fluorescens vil bli observert med rent sirkulært polarisert lys. En kombinasjon av halvbølgeplate (HWP) og kvartbølgeplate (QWP) kan oppnå vilkårlig fasehemming og brukes til å kompensere brefringens av vakuumvinduet. I dette eksperimentet er polariseringstilstanden til laserlyset optimalisert basert på fluorescensen på 25Mg+ ion med et par HWP og QWP utenfor vakuumkammeret. Ved å justere azimuthal-vinklene til HWP og QWP for å oppnå maksimal ionfluorescens, kan man oppnå et rent sirkulært polarisert lys inne i vakuumkammeret. Med informasjon om azimuthal vinkler av den eksterne HWP og QWP, kan birefringence av vakuumvinduet bestemmes.
I mange forskningsfelt som kaldt atom eksperimenter1, måling av elektrisk dipole øyeblikk2, test av paritet-nonconservation3, måling av vakuum birefringence4, optiske klokker5, quantum optikk eksperimenter6, og flytende krystallstudie 7, er det viktig å nøyaktig måle og nøyaktig kontrollere polarisering tilstander av laserlys.
I eksperimenter som involverer bruk av et vakuummiljø, vil den stressinduserte birefringence effekten av vakuumvinduer påvirke polariseringsstatene til laserlys. Det er ikke mulig å sette en polariseringsanalysator inne i vakuumkammeret for å måle polariseringsstatene til laserlyset direkte. En løsning er å bruke atomer eller ioner direkte som en in situ polariseringsanalysator for å analysere birefringence av vakuumvinduer. Vektorlysskiftene til Csatomer 8 er følsomme for grader av lineær polarisering av forekomsten laserlys9. Men denne metoden er tidkrevende og kan bare brukes på den lineært polariserte laserlysdeteksjonen.
Presentert er en ny, rask, presis, in situ metode for å bestemme polariseringsstatene til laserlys inne i vakuumkammeret basert på å maksimere enkelt 25Mg+ fluorescens i en iionfelle. Metoden er basert på forholdet mellom imningsfluorescens til polariseringsstatene til laserlyset, som påvirkes av birefringence av vakuumvinduet. Den foreslåtte metoden brukes til å oppdage birefringence av vakuumvinduer og grader av sirkulær polarisering av laserlys inne i etvakuumkammer 10.
Metoden gjelder for eventuelle atomer eller ioner hvis fluorescenshastighet er følsom for polariseringsstatene til laserlys. I tillegg, mens demonstrasjonen brukes til å forberede et rent sirkulært polarisert lys, med kunnskap om birefringence av vakuumvinduet, kan vilkårlig polariseringsstater av laserlys tilberedes inne i vakuumkammeret. Derfor er metoden ganske nyttig for et bredt spekter av eksperimenter.
Dette manuskriptet beskriver en metode for å utføre in situ måling av birefringence av vakuumvinduet og polariseringsstatene til laserlyset inne i vakuumkammeret. Ved å justere azimuthal-vinklene til HWP og QWP (α og β), kan effekten av birefringence av vakuumvinduet (δ og θ) kompenseres slik at laseren inne i vakuumkammeret er et rent sirkulært polarisert lys. På dette punktet finnes det en klar sammenheng mellom birefringence av vakuumvinduet og azimuthal vinkler av HWP og QWP, som vi kan utlede birefringence…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble delvis støttet av National Key R&D Program of China (Grant No. 2017YFA0304401) og National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11774108, 91336213 og 61875065).
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 |