В Situ Измерение вакуумного окна Birefringence с использованием 25Мги флуоресценции
Summary
Представлен здесь метод для измерения birefringence вакуумных окон путем максимизации флуоресценции рассчитывает испускаемых Doppler охлаждается 25Мг ионов в ионные ловушки. Бирифрингность вакуумных окон изменит состояния поляризации лазера, что может быть компенсировано изменением азимутных углов внешних волновых пластин.
Abstract
Точный контроль состояния поляризации лазерного света имеет важное значение в экспериментах по точному измерению. В экспериментах, связанных с использованием вакуумной среды, стресс-индуцированного эффекта бирифринга вакуумных окон повлияет на состояния поляризации лазерного света внутри вакуумной системы, и это очень трудно измерить и оптимизировать состояния поляризации лазерного света на месте. Цель этого протокола состоит в том, чтобы продемонстрировать, как оптимизировать состояния поляризации лазерного света на основе флуоресценции ионов в вакуумной системе, и как рассчитать бирифрингность вакуумных окон на основе азимутных углов внешних волновых пластин с матрицей Мюллера. Флуоресценция 25Мг и ионов, индуцированных лазерным светом, который является резонансным с переходом No 32P3/2, F 4,м F и 4 
→ | 32S1/2,F No3, mF No 3 чувствителенк состоянию поляризации лазерного света, и максимальная флуоресценция будет наблюдаться с чистым круговым поляризованным светом. Сочетание полуволновых пластин (HWP) и четвертьволновых пластин (ЗВП) может достичь произвольной фазовой задержки и используется для компенсации бирифринга вакуумного окна. В этом эксперименте, состояние поляризации лазерного света оптимизировано на основе флуоресценции 25Мг иона с парой HWP и QWP за пределами вакуумной камеры. Регулируя азимутные углы HWP и QWP, чтобы получить максимальную ионную флуоресценцию, можно получить чистый круговой поляризованный свет внутри вакуумной камеры. С помощью информации об азимутных углах внешних HWP и QWP можно определить бирифрингность вакуумного окна.
Introduction
Во многих научно-исследовательских областях,таких как эксперименты холодного атома 1,измерение электрического диполя момент 2, тестпаритета-неконсервации 3,измерение вакуумнойbirefringence 4 ,оптические часы 5,квантовая оптика эксперименты 6,и жидкокристаллическое исследование 7, важно точно измерить и точно контролировать состояния поляризации лазерного света.
В экспериментах, связанных с использованием вакуумной среды, стресс-индуцированного эффекта бирифринга вакуумных окон повлияет на состояния поляризации лазерного света. Не представляется возможным поместить анализатор поляризации внутри вакуумной камеры для непосредственного измерения состояний поляризации лазерного света. Одним из решений является использование атомов или ионов непосредственно в качестве анализатора поляризации на месте для анализа бирифринга вакуумных окон. Векторные световые сдвиги атомов Cs8 чувствительны к степеням линейной поляризации частотного лазерного света9. Но этот метод требует много времени и может быть применен только к линейно поляризованного обнаружения лазерного света.
Представлен новый, быстрый, точный, на месте метод для определения состояния поляризации лазерного света внутри вакуумной камеры на основе максимизации одного 25Мг флуоресценциив ионные ловушки. Метод основан на связи ионой флуоресценции с состояниями поляризации лазерного света, на которые влияет бирифрингность вакуумного окна. Предлагаемый метод используется для обнаружения бирифринга вакуумных окон и степеней круговой поляризации лазерного света внутри вакуумной камеры10.
Метод применим к любым атомам или ионам, скорость флуоресценции которых чувствительна к состояниям поляризации лазерного света. Кроме того, в то время как демонстрация используется для подготовки чистого кругового поляризованного света, с знанием бирифринга вакуумного окна, произвольные состояния поляризации лазерного света могут быть подготовлены внутри вакуумной камеры. Поэтому метод весьма полезен для широкого спектра экспериментов.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этой рукописи описывается метод выполнения измерения на месте бирифринга вакуумного окна и состояния поляризации лазерного света внутри вакуумной камеры. Регулируя азимутные углы HWP и QWP (α и β), эффект бирифринга вакуумного окна (δ и θ) может быть компенсирован так, что лазер внутри ва…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была частично поддержана Национальной ключевой программой НИОКР Китая (Grant No 2017YFA0304401) и Национальным фондом естественных наук Китая (Grant Nos. 11774108, 91336213 и 61875065).
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 |
References
- 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).
