In Situ Messung der Vakuumfenster-Birefabenz mit 25Mg+ Fluoreszenz
Summary
Hier wird eine Methode vorgestellt, um die Birefreringenz von Vakuumfenstern zu messen, indem die fluoreszenzanzahl von Doppler gekühlt 25Mg+ Ionen in einer Ionenfalle maximiert werden. Die Birefrefabierung von Vakuumfenstern verändert die Polarisationszustände des Lasers, die durch Änderung der azimutalen Winkel externer Wellenplatten kompensiert werden können.
Abstract
Die genaue Steuerung der Polarisationszustände von Laserlicht ist bei Präzisionsmessexperimenten wichtig. In Experimenten mit der Verwendung einer Vakuumumgebung wirkt sich der spannungsinduzierte Birefreringsenzeffekt der Vakuumfenster auf die Polarisationszustände des Laserlichts im Vakuumsystem aus, und es ist sehr schwierig, die Polarisationszustände des Laserlichts in situ zu messen und zu optimieren. Ziel dieses Protokolls ist es, zu demonstrieren, wie die Polarisationszustände des Laserlichts auf der Grundlage der Fluoreszenz von Ionen im Vakuumsystem optimiert werden können und wie die Birefreringität von Vakuumfenstern auf der Grundlage von azimutalen Winkeln externer Wellenplatten mit Mueller-Matrix berechnet wird. Die Fluoreszenz von 25Mg+ Ionen, die durch Laserlicht induziert wird, das mit dem Übergang von |32P3/2,F = 4, mF = 4 
→ | 32S1/2,F = 3, mF = 3ist empfindlich gegenüber dem Polarisationszustand des Laserlichts, und die maximale Fluoreszenz wird mit reinem kreisförmigem polarisiertem Licht beobachtet. Eine Kombination aus Halbwellenplatte (HWP) und Viertelwellenplatte (QWP) kann eine beliebige Phasenverzögerung erreichen und dient zum Ausgleich der Birefabringigkeit des Vakuumfensters. In diesem Experiment wird der Polarisationszustand des Laserlichts basierend auf der Fluoreszenz von 25Mg+ Ionen mit einem Paar HWP und QWP außerhalb der Vakuumkammer optimiert. Durch die Einstellung der azimutalen Winkel der HWP und QWP, um eine maximale Ionenfluoreszenz zu erhalten, kann man ein reines kreisförmiges Licht in der Vakuumkammer erhalten. Mit den Informationen über die azimutalen Winkel der externen HWP und QWP kann die Birefreringenz des Vakuumfensters bestimmt werden.
Introduction
In vielen Forschungsbereichen wie Kaltatomexperimente1, Messung des elektrischen Dipolmoments2, Test der Parität-Nichtkonservierung3, Messung der Vakuum-Birefreringnz4, optische Uhren5, Quantenoptik-Experimente6und Flüssigkristall-Studie7ist es wichtig, die Polarisationszustände des Laserlichts genau zu messen und genau zu steuern.
In Experimenten mit der Verwendung einer Vakuumumgebung wirkt sich der spannungsinduzierte Birefreringsenzeffekt von Vakuumfenstern auf die Polarisationszustände von Laserlicht aus. Es ist nicht möglich, einen Polarisationsanalysator in die Vakuumkammer zu setzen, um die Polarisationszustände des Laserlichts direkt zu messen. Eine Lösung besteht darin, Atome oder Ionen direkt als In-situ-Polarisationsanalysator zu verwenden, um die Birefreringität von Vakuumfenstern zu analysieren. Die Vektorlichtverschiebungen der Cs-Atome8 reagieren empfindlich auf die Grade der linearen Polarisation des Einfallslaserlichts9. Diese Methode ist jedoch zeitaufwändig und kann nur auf die linear polarisierte Laserlichterkennung angewendet werden.
Präsentiert wird eine neue, schnelle, präzise In-situ-Methode zur Bestimmung der Polarisationszustände von Laserlicht in der Vakuumkammer, basierend auf der Maximierung einzelner 25Mg+ Fluoreszenz in einer Ionenfalle. Die Methode basiert auf der Beziehung der Ionenfluoreszenz zu den Polarisationszuständen des Laserlichts, die durch die Birefreringendes des Vakuumfensters beeinflusst wird. Die vorgeschlagene Methode wird verwendet, um die Birefreringität von Vakuumfenstern und Grad der kreisförmigen Polarisation von Laserlicht in einer Vakuumkammer10zu erkennen.
Die Methode gilt für alle Atome oder Ionen, deren Fluoreszenzrate empfindlich auf die Polarisationszustände des Laserlichts reagiert. Während die Demonstration zur Vorbereitung eines reinen kreisförmigen Polarlichts verwendet wird, kann mit dem Wissen um die Birefreringität des Vakuumfensters beliebige Polarisationszustände des Laserlichts in der Vakuumkammer vorbereitet werden. Daher ist die Methode sehr nützlich für eine Breite von Experimenten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Manuskript beschreibt eine Methode zur In-situ-Messung der Birefreringität des Vakuumfensters und der Polarisationszustände des Laserlichts in der Vakuumkammer. Durch die Einstellung der Azimutwinkel des HWP und des QWP (α und β) kann die Wirkung der Birefrenalität des Vakuumfensters (δ und B) kompensiert werden, so dass der Laser in der Vakuumkammer ein reines kreisförmig polarisiertes Licht ist. An dieser Stelle besteht eine eindeutige Beziehung zwischen der Birefreringence des Vakuumfensters und den azim…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde teilweise durch das National Key R&D Program of China (Grant No. 2017YFA0304401) und die National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11774108, 91336213 und 61875065) unterstützt.
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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