25Mg+ Floresan Kullanılarak Vakum Pencere Birefringence Yerinde Ölçümü
Summary
Burada sunulan bir iyon kapanı içinde 25Mg+ iyonları soğutulmuş Doppler tarafından yayılan floresan sayıları maksimize ederek vakum pencerelerin birefringence ölçmek için bir yöntemdir. Vakum pencerelerin birefringence dış dalga plakaları azimuthal açıları değiştirerek telafi edilebilir lazer, polarizasyon durumları değişecektir.
Abstract
Hassas ölçüm deneylerinde lazer ışığının polarizasyon durumlarının doğru kontrolü önemlidir. Vakum ortamının kullanımını içeren deneylerde, vakum pencerelerinin strese bağlı kuşafringence etkisi vakum sistemi içinde lazer ışığının polarizasyon durumlarını etkileyecek ve lazer ışığının polarizasyon durumlarını yerinde ölçmek ve optimize etmek çok zordur. Bu protokolün amacı, vakum sistemindeki iyonların floresansına dayalı lazer ışığının polarizasyon durumlarını nasıl optimize edilebildiğini ve Mueller matrisi ile harici dalga plakalarının azimuthal açılarına dayalı vakum pencerelerinin birefringencenasıl hesaplanacağını göstermektir. |32P3/2,F = 4, mF = 4 → geçişi ile rezonansa neden olan lazer ışığıile indüklenen 25Mg+ iyonların floresansı 
| 32S1/2,F = 3, mF = 3lazer ışığının polarizasyon durumuna duyarlıdır ve maksimum floresan saf dairesel polarize ışıkla gözlenir. Yarım dalga plakası (HWP) ve çeyrek dalga plakası (QWP) kombinasyonu rasgele faz geriliği elde edebilir ve vakum penceresinin birefringence telafi etmek için kullanılır. Bu deneyde, lazer ışığının polarizasyon durumu vakum odası dışında HWP ve QWP bir çift ile 25Mg+ iyon floresandayalı optimize edilmiştir. Maksimum iyon floresanelde etmek için HWP ve QWP azimuthal açıları ayarlayarak, bir vakum odası içinde saf dairesel polarize ışık elde edebilirsiniz. Harici HWP ve QWP azimuthal açıları hakkında bilgi ile, vakum penceresinin birefringence belirlenebilir.
Introduction
Soğuk atom deneyleri gibi birçok araştırma alanında1, elektrik dipol moment in ölçümü2, parite-nonconservation 3 testi,vakum birefringence ölçümü4, optik saatler5, kuantum optik deneyleri6, ve sıvı kristal çalışma7, lazer ışığının polarizasyon durumlarını tam olarak ölçmek ve doğru bir şekilde kontrol etmek önemlidir.
Bir vakum ortamının kullanımını içeren deneylerde, vakum pencerelerin strese bağlı birefringence etkisi lazer ışığının polarizasyon durumlarını etkileyecektir. Lazer ışığının polarizasyon durumlarını doğrudan ölçmek için vakum odasının içine bir polarizasyon analizörü koymak mümkün değildir. Bir çözüm vakum pencerelerin birefringence analiz etmek için doğrudan bir in situ polarizasyon analizörü olarak atomlar veya iyonlar kullanmaktır. Cs atomlarının vektör ışık kaymaları8 insidans lazer ışığının doğrusal polarizasyon derecelerine duyarlıdır9. Ama bu yöntem zaman alıcı ve sadece doğrusal polarize lazer ışık algılama uygulanabilir.
Sunulan bir iyon kapanı tek 25Mg+ floresan maksimize dayalı vakum odası içinde lazer ışığının polarizasyon durumunu belirlemek için yeni, hızlı, hassas, yerinde yöntemidir. Yöntem, iyon floresanının vakum penceresinin birefringence’ından etkilenen lazer ışığının polarizasyon durumları ile olan ilişkisine dayanmaktadır. Önerilen yöntem vakum pencereleri ve bir vakum odası içinde lazer ışığıdairesel polarizasyon derecebirefringence tespit etmek için kullanılır10.
Bu yöntem, floresan hızı lazer ışığının polarizasyon durumlarına duyarlı olan tüm atom veya iyonlar için geçerlidir. Buna ek olarak, gösteri saf dairesel polarize ışık hazırlamak için kullanılırken, vakum penceresinin birefringence bilgisi ile, lazer ışık keyfi polarizasyon durumları vakum odası içinde hazırlanabilir. Bu nedenle, yöntem deneyler geniş bir yelpazede için oldukça yararlıdır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu el yazması, vakum penceresinin birefringence ve vakum odası içinde lazer ışığının polarizasyon durumları yerinde ölçüm gerçekleştirmek için bir yöntem açıklar. HWP ve QWP ‘nin (α ve β) azimuthal açıları ayarlayarak, vakum penceresinin (δ ve β) birefringence etkisi dengelenebilir, böylece vakum odası içindeki lazer saf dairesel polarize Bir ışıktır. Bu noktada, vakum penceresinin birefringence ve HWP ve QWP azimuthal açıları arasında kesin bir ilişki var, hangi biz vakum penceresin…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma kısmen Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (Grant No. 2017YFA0304401) ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Grant No. 11774108, 91336213 ve 61875065) tarafından desteklenmiştir.
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).
