في الموقع قياس الفراغ نافذة Birefringence باستخدام 25ملغ+ Fluorescence
Summary
قدم هنا هو طريقة لقياس birefringence من النوافذ فراغ عن طريق تعظيم العد الفلوريسنس المنبعثة من دوبلر تبريد 25ملغ+ أيونات في فخ أيونات. سوف birefringence من النوافذ فراغ تغيير حالات الاستقطاب من الليزر، والتي يمكن تعويضها عن طريق تغيير زوايا السماتال من لوحات الموجة الخارجية.
Abstract
التحكم الدقيق في حالات الاستقطاب من ضوء الليزر مهم في تجارب القياس الدقيق. في التجارب التي تنطوي على استخدام بيئة فراغ، وتأثير birefringence الناجم عن الإجهاد من النوافذ فراغ سوف تؤثر على حالات الاستقطاب من ضوء الليزر داخل نظام فراغ، وأنه من الصعب جدا لقياس وتحسين حالات الاستقطاب من ضوء الليزر في الموقع. الغرض من هذا البروتوكول هو توضيح كيفية تحسين حالات الاستقطاب من ضوء الليزر على أساس الفلوريس من الأيونات في نظام فراغ، وكيفية حساب birefringence من النوافذ فراغ على أساس زوايا azimuthal من لوحات موجة خارجية مع مصفوفة مولر. الفلور من 25ملغ+ أيونات الناجمة عن ضوء الليزر الذي هو صدى مع انتقال |32ف3/2، F = 4 ، مF = 4 
→ | 32S1/2،F =3، مF = 3حساس لحالة الاستقطاب من ضوء الليزر، وسوف يتم مراعاة الحد الأقصى من الفلوريسنس مع ضوء مستقطب دائري خالص. ويمكن أن يحقق مزيج من صفيح نصف الموجة (HWP) ولوحة ربع الموجة (QWP) تخلفاً تعسفياً في المرحلة ويستخدم لتعويض birة نافذة الفراغ. في هذه التجربة، يتم تحسين حالة الاستقطاب من ضوء الليزر على أساس الفلوريسنس من 25ملغ+ أيون مع زوج من HWP و QWP خارج غرفة فراغ. عن طريق ضبط زوايا azimuthal من HWP وQWP للحصول على أقصى قدر من الفلورية الأيونية، يمكن للمرء الحصول على ضوء مستقطب دائرياً خالص داخل غرفة الفراغ. مع المعلومات عن زوايا azimuthal من HWP الخارجي وQWP، يمكن تحديد birefringence من نافذة فراغ.
Introduction
في العديد من المجالات البحثية مثل تجارب الذرة الباردة1، وقياس ثنائي القطب الكهربائية لحظة2، اختبار التكافؤ – nonconservation3، وقياس الفراغ birefringence4، الساعات البصرية5، الكم البصريات التجارب6، والكريستال السائل الدراسة7، من المهم أن نقيس بدقة وبدقة السيطرة على حالات الاستقطاب من ضوء الليزر.
في التجارب التي تنطوي على استخدام بيئة فراغ، وتأثير birefringence الناجم عن الإجهاد من النوافذ فراغ سوف تؤثر على حالات الاستقطاب من ضوء الليزر. ليس من الممكن وضع محلل الاستقطاب داخل غرفة الفراغ لقياس حالات الاستقطاب مباشرة من ضوء الليزر. أحد الحلول هو استخدام الذرات أو الأيونات مباشرة كمحلل استقطاب في الموقع لتحليل البيرة من النوافذ الفراغية. ناقلات تحولات الضوء من ذرات CS8 حساسة لدرجات الاستقطاب الخطي للإصابة ضوء الليزر9. ولكن هذه الطريقة تستغرق وقتا طويلا ويمكن تطبيقها فقط على كشف ضوء الليزر المستقطبة خطيا.
قدم هو طريقة جديدة وسريعة ودقيقة في الموقع لتحديد حالات الاستقطاب من ضوء الليزر داخل غرفة فراغ على أساس تعظيم واحد 25ملغ+ fluorescence في فخ أيون. ويستند الأسلوب على علاقة الفلورية أيون إلى حالات الاستقطاب من ضوء الليزر، الذي يتأثر birefringence من نافذة فراغ. يتم استخدام الطريقة المقترحة للكشف عن birefringence من النوافذ فراغ ودرجات الاستقطاب الدائري من ضوء الليزر داخل فراغ غرفة10.
الطريقة قابلة للتطبيق على أي ذرات أو أيونات يكون معدل الفلورس حساسة لحالة الاستقطاب من ضوء الليزر. وبالإضافة إلى ذلك، في حين يتم استخدام المظاهرة لإعداد ضوء مستقطب دائريا نقية، مع معرفة birefringence من نافذة فراغ، يمكن إعداد حالات الاستقطاب التعسفي من ضوء الليزر داخل غرفة فراغ. لذلك ، فإن الأسلوب مفيد للغاية لمجموعة واسعة من التجارب.
Protocol
Representative Results
Discussion
تصف هذه المخطوطة طريقة لإجراء قياس في الموقع ل birefringence من نافذة الفراغ والدول الاستقطاب من ضوء الليزر داخل غرفة الفراغ. عن طريق ضبط زوايا السمتال من HWP وQWP (α و β)، يمكن تعويض تأثير birefringence من نافذة فراغ (δ و حاد) بحيث الليزر داخل غرفة فراغ هو ضوء مستقطب دائريا نقية. عند هذه النقطة، هناك علاقة م?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعم هذا العمل جزئياً برنامج الصين الوطني للبحث والتطوير (منحة رقم 2017YFA0304401) والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (منحة رقم 11774108 و91336213 و61875065).
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).
