במדידה סיטו של חלון ואקום Birefringence באמצעות 25מ ג+ פלואורסץ
Summary
מוצג כאן היא שיטה כדי למדוד את birefringence של חלונות ואקום על ידי מקסום ספירות פלואורסצסצט הנפלט על ידי דופלר מקורר 25מ ג+ יונים במלכודת יון. birefringence של חלונות ואקום תשנה את מצבי הקיטוב של הלייזר, אשר ניתן לפצות על ידי שינוי זוויות אזימוטאל של לוחות גל חיצוני.
Abstract
שליטה מדויקת במצבי הקיטוב של אור לייזר חשובה בניסויי מדידה מדויקים. בניסויים הכרוכים בשימוש בסביבת ואקום, אפקט ההתרה בלחץ של חלונות הוואקום ישפיע על מצבי הקיטוב של אור לייזר בתוך מערכת הוואקום, וקשה מאוד למדוד ולייעל את מצבי הקיטוב של אור הלייזר בסיטו. מטרת פרוטוקול זה היא להדגים כיצד לייעל את מצבי הקיטוב של אור הלייזר בהתבסס על הפלואורסצנטיות של יונים במערכת הוואקום, וכיצד לחשב את ההפרה של חלונות ואקום בהתבסס על זוויות אזימוטאל של לוחות גל חיצוני עם מטריצת Mueller. הפלואורסצנטיות של 25מ”ג+ יונים המושרה על ידי אור לייזר מהדהד עם המעבר של |32P3/2,F = 4, mF = 4 
→ | 32S1/2, F =3, mF = 3 הוארגיש למצב הקיטוב של אור הלייזר, ופלואורסץ מרבי יצפה עם אור מקוטב מעגלי טהור. שילוב של לוח חצי גל (HWP) וצלחת גל רבעון (QWP) יכול להשיג פיגור שלב שרירותי והוא משמש כפייה על birefringence של חלון ואקום. בניסוי זה, מצב הקיטוב של אור הלייזר ממוטב בהתבסס על פלואורסץ של 25מ”ג+ יון עם זוג HWP ו-QWP מחוץ לתא הוואקום. על ידי התאמת זוויות אזימוטאל של HWP ו QWP כדי להשיג פלואורסצינטיות יון מקסימלית, ניתן להשיג אור מקוטב מעגלי טהור בתוך תא הוואקום. עם המידע על זוויות אזימוטאל של HWP החיצוני ו- QWP, ניתן לקבוע את ההפרה של חלון הוואקום.
Introduction
בתחומי מחקר רבים כגוןניסויי אטום קר 1, מדידה של דיפולחשמלי רגע 2, מבחן של זוגיות-אי-שימור3, מדידה של birefringence ואקום4,שעונים אופטיים 5, ניסויי אופטיקהקוונטית 6, ומחקרגביש נוזלי 7, חשוב למדוד במדויק ולשלוט במדויק במצבי הקיטוב של אור לייזר.
בניסויים הכרוכים בשימוש בסביבת ואקום, אפקט ההתרה של חלונות ואקום הנגרמת על-ידי לחץ ישפיע על מצבי הקיטוב של אור לייזר. זה לא אפשרי לשים מנתח קיטוב בתוך תא הוואקום כדי למדוד ישירות את מצבי הקיטוב של אור הלייזר. פתרון אחד הוא להשתמש אטומים או יונים ישירות כמנתח קיטוב סיטו כדי לנתח את birefringence של חלונות ואקום. משמרות האור הווקטוריות של אטומי Cs8 רגישות לדרגות הקיטוב הליניארי של אור הלייזר9. אבל שיטה זו גוזלת זמן ותוכל ליישם אותה רק על זיהוי אור לייזר מקוטב ליניארי.
מוצג הוא חדש, מהיר, מדויק, בשיטת situ כדי לקבוע את מצבי הקיטוב של אור לייזר בתוך תא ואקום מבוסס על מקסום יחיד 25מ ג+ פלואורססנס במלכודת יון. השיטה מבוססת על הקשר של פלואורסץ יון מצבי קיטוב של אור הלייזר, אשר מושפע על ידי birefringence של חלון ואקום. השיטה המוצעת משמשת לזיהוי birefringence של חלונות ואקום ודרגות של קיטוב מעגלי של אור לייזר בתוך תא ואקום10.
השיטה ישימה לאטומים או יונים שקצב הפלואורסצנס שלהם רגיש ל מצבי הקיטוב של אור לייזר. בנוסף, בעוד ההדגמה משמשת להכנת אור מקוטב באופן מעגלי גהיד, עם הידיעה על ההתדפסות של חלון הוואקום, ניתן להכין מצבי קיטוב שרירותיים של אור לייזר בתוך תא הוואקום. לכן, השיטה היא די שימושית עבור מגוון רחב של ניסויים.
Protocol
Representative Results
Discussion
כתב יד זה מתאר שיטה לביצוע במדידה סיטו של birefringence של חלון הוואקום ואת מצבי הקיטוב של אור הלייזר בתוך תא הוואקום. על ידי התאמת הזוויות האזימוטאל של HWP ו-QWP (α ו-β), ניתן לפצות את ההשפעה של ההפרה של חלון הוואקום (δ ו- ω) כך שניתן יהיה לפצות את הלייזר בתוך תא הוואקום. בשלב זה, קיימת מערכת יחסים מובהקת…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה חלקית על ידי תוכנית מו”ד המפתח הלאומי של סין (גרנט מס’ 2017YFA0304401) והקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (גרנט מס’ 11774108, 91336213 ו- 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).
