Em Situ Medição da Birefringência da Janela de Vácuo usando 25Mg+ Fluorescência
Summary
Apresentado aqui é um método para medir a birefringência das janelas de vácuo maximizando as contagens de fluorescência emitidas por Doppler resfriado 25Mg+ íons em uma armadilha de íons. A birefringência das janelas de vácuo mudará os estados de polarização do laser, que podem ser compensados alterando os ângulos azimutais das placas de onda externas.
Abstract
O controle preciso dos estados de polarização da luz laser é importante em experimentos de medição de precisão. Em experimentos envolvendo o uso de um ambiente de vácuo, o efeito de birefringência induzida pelo estresse das janelas de vácuo afetará os estados de polarização da luz laser dentro do sistema de vácuo, e é muito difícil medir e otimizar os estados de polarização da luz laser in situ. O objetivo deste protocolo é demonstrar como otimizar os estados de polarização da luz laser com base na fluorescência de íons no sistema de vácuo, e como calcular a birefringência das janelas de vácuo baseadas em ângulos azimutais de placas de ondas externas com matriz Mueller. A fluorescência de 25Mg+ íons induzidos pela luz laser que é ressonante com a transição de |32P3/2, F = 4, mF = 4 
→ | 32S1/2,F = 3, mF = 3é sensível ao estado de polarização da luz laser, e a fluorescência máxima será observada com luz pura polarizada circularmente. Uma combinação de placa de meia onda (HWP) e placa de quarta-de-onda (QWP) pode alcançar o retardo de fase arbitrária e é usada para compensar a birefringência da janela de vácuo. Neste experimento, o estado de polarização da luz laser é otimizado com base na fluorescência de 25Mg+ íon com um par de HWP e QWP fora da câmara de vácuo. Ajustando os ângulos azimutal do HWP e QWP para obter fluorescência de íons máximos, pode-se obter uma luz pura polarizada circular dentro da câmara de vácuo. Com as informações sobre os ângulos azimutal do HWP externo e QWP, a birefringência da janela de vácuo pode ser determinada.
Introduction
Em muitos campos de pesquisa, como experimentos de átomos frios1, medição do dipolo elétrico momento2,teste de paridade-não conservação3,medição da birefringência de vácuo4,relógios ópticos5,experimentos de óptica quântica6e estudo de cristal líquido7, é importante medir e controlar com precisão os estados de polarização da luz laser.
Em experimentos envolvendo o uso de um ambiente de vácuo, o efeito de birefringência induzida pelo estresse das janelas de vácuo afetará os estados de polarização da luz laser. Não é viável colocar um analisador de polarização dentro da câmara de vácuo para medir diretamente os estados de polarização da luz laser. Uma solução é usar átomos ou íons diretamente como um analisador de polarização in situ para analisar a birefringência das janelas de vácuo. As mudanças de luz vetoriais dos átomos de Cs8 são sensíveis aos graus de polarização linear da incidência da luz laser9. Mas este método é demorado e só pode ser aplicado à detecção de luz laser linearmente polarizada.
Apresentado é um novo método, rápido, preciso, in situ para determinar os estados de polarização da luz laser dentro da câmara de vácuo com base na maximização de 25Mg+ fluorescência em uma armadilha de íons. O método baseia-se na relação da fluorescência de íons com os estados de polarização da luz laser, que é afetada pela birefringência da janela de vácuo. O método proposto é usado para detectar a birefringência de janelas de vácuo e graus de polarização circular da luz laser dentro de uma câmara de vácuo10.
O método é aplicável a quaisquer átomos ou íons cuja taxa de fluorescência seja sensível aos estados de polarização da luz laser. Além disso, enquanto a demonstração é usada para preparar uma luz circularmente polarizada, com o conhecimento da birefringência da janela de vácuo, estados de polarização arbitrária de luz laser podem ser preparados dentro da câmara de vácuo. Portanto, o método é bastante útil para uma ampla gama de experimentos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este manuscrito descreve um método para realizar a medição in situ da birefringência da janela de vácuo e dos estados de polarização da luz laser dentro da câmara de vácuo. Ajustando os ângulos azimutal do HWP e do QWP (α e β), o efeito da birefringência da janela de vácuo (δ e φ) pode ser compensado de modo que o laser dentro da câmara de vácuo é uma luz pura circularmente polarizada. Neste ponto, existe uma relação definitiva entre a birefringência da janela de vácuo e os ângulos azimutal do HWP…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi parcialmente apoiado pelo Programa Nacional de P&D da China (Grant No. 2017YFA0304401) e pela National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11774108, 91336213 e 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 |
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