Mesure in situ de la birefringence de fenêtre sous vide utilisant 25mg+ fluorescence
Summary
Présenté ici est une méthode pour mesurer la birefringence des fenêtres sous vide en maximisant les nombres de fluorescence émis par Doppler refroidi 25Mg+ ions dans un piège à ions. La birefringence des fenêtres sous vide va changer les états de polarisation du laser, qui peut être compensé en changeant les angles azimuthal des plaques d’onde externes.
Abstract
Un contrôle précis des états de polarisation de la lumière laser est important dans les expériences de mesure de précision. Dans les expériences impliquant l’utilisation d’un environnement de vide, l’effet de birefringence induit par le stress des fenêtres sous vide affectera les états de polarisation de la lumière laser à l’intérieur du système de vide, et il est très difficile de mesurer et d’optimiser les états de polarisation de la lumière laser in situ. Le but de ce protocole est de démontrer comment optimiser les états de polarisation de la lumière laser basée sur la fluorescence des ions dans le système de vide, et comment calculer la birefringence des fenêtres à vide basée sur les angles azimuthal des plaques d’onde externes avec la matrice Mueller. La fluorescence de 25Mg+ ions induite par la lumière laser qui résonne avec la transition de |32P3/2,F = 4, mF = 4 
→ | 32S1/2,F = 3, mF = 3est sensible à l’état de polarisation de la lumière laser, et la fluorescence maximale sera observée avec la lumière circulaire pure polarisée. Une combinaison de plaque à demi-onde (HWP) et de plaque à quart d’onde (QWP) peut atteindre un retard de phase arbitraire et est utilisée pour compenser la birefringence de la fenêtre sous vide. Dans cette expérience, l’état de polarisation de la lumière laser est optimisé en fonction de la fluorescence de 25Mg+ ion avec une paire de HWP et QWP à l’extérieur de la chambre à vide. En ajustant les angles azimuthal du HWP et du QWP pour obtenir une fluorescence maximale des ions, on peut obtenir une lumière pure polarisée circulairement à l’intérieur de la chambre à vide. Avec les informations sur les angles azimuthal des HWP externes et QWP, la birefringence de la fenêtre sous vide peut être déterminée.
Introduction
Dans de nombreux domaines de recherche tels que les expériences atome froid1, la mesure du dipôle électrique moment2, test de parité-non-conservation3, la mesure de la birefringence de vide4, horloges optiques5, expériences d’optique quantique6, et l’étude de cristal liquide7, il est important de mesurer avec précision et contrôler avec précision les états de polarisation de la lumière laser.
Dans les expériences impliquant l’utilisation d’un environnement de vide, l’effet de birefringence induit par le stress des fenêtres à vide affectera les états de polarisation de la lumière laser. Il n’est pas possible de mettre un analyseur de polarisation à l’intérieur de la chambre à vide pour mesurer directement les états de polarisation de la lumière laser. Une solution consiste à utiliser directement les atomes ou les ions comme analyseur de polarisation in situ pour analyser la birefringence des fenêtres sous vide. Les changements de lumière vectorielle des atomes de Cs8 sont sensibles aux degrés de polarisation linéaire de la lumière laserd’incidence 9. Mais cette méthode prend beaucoup de temps et ne peut être appliquée qu’à la détection de la lumière laser polarisée linéairement.
Présenté est une nouvelle méthode, rapide, précise, in situ pour déterminer les états de polarisation de la lumière laser à l’intérieur de la chambre à vide basée sur la maximisation unique 25Mg+ fluorescence dans un piège à ions. La méthode est basée sur la relation de la fluorescence des ions aux états de polarisation de la lumière laser, qui est affectée par la birefringence de la fenêtre sous vide. La méthode proposée est utilisée pour détecter la birefringence des fenêtres sous vide et les degrés de polarisation circulaire de la lumière laser à l’intérieur d’une chambre à vide10.
La méthode s’applique aux atomes ou ions dont le taux de fluorescence est sensible aux états de polarisation de la lumière laser. En outre, alors que la démonstration est utilisée pour préparer une lumière pure polarisée circulairement, avec la connaissance de la birefringence de la fenêtre sous vide, les états arbitraires de polarisation de la lumière laser peuvent être préparés à l’intérieur de la chambre à vide. Par conséquent, la méthode est très utile pour un large éventail d’expériences.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce manuscrit décrit une méthode pour effectuer la mesure in situ de la birefringence de la fenêtre sous vide et les états de polarisation de la lumière laser à l’intérieur de la chambre à vide. En ajustant les angles azimuthal du HWP et du QWP (α et β), l’effet de la birefringence de la fenêtre sous vide (δ et θ) peut être compensé de sorte que le laser à l’intérieur de la chambre à vide est une lumière pure polarisée circulairement. À ce stade, il existe une relation certaine entre la birefrin…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ces travaux ont été partiellement appuyés par le National Key R&D Program of China (Grant No. 2017YFA0304401) et la National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11774108, 91336213 et 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
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