Hlaenje atoma optickim frekventnim ce ljem - PMF Naslovnica · Slika:Opticki frekventniˇ ˇce salj...

Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Mihaela Bezak

Fizicki odsjek, PMF, Bijenicka c. 32, 10 000 ZagrebLaboratorij za hladne atome, Institut za fiziku

Mentorica: dr. sc. Ticijana Ban

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Uvod

Primjena:

atomski satovi

hladne molekule

Bose-Einsteinov kondezat

kvantna racunala, kvantnisimulatori ...

Slika: Atomski satovi [3]

Slika: Kvantni simulatori [5]

Slika: Bose-Einsteinov kondenzat [4]

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Motivacija i cilj

slozena energijska struktura(molekule- dusik, kisik)jednostavna energijska struktura(vodik)

duboko ultraljubicasto podrucjefrekventni cesalj

ion magnezijaatom rubidija

postizanje sub-Dopplerovihtemperatura u interakciji soptickim frekventnim cesljem

lin ⊥ linσ+ − σ+

Slika: Opticki frekventni cesalj [2]

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Teorijski uvod

Lasersko hladenje

Prijenos momenta impulsa sa fotona na atom u ciklusima apsorpcije ispontane emisije

Teorijski model: stacionaran atom s dva energijska stanja – osnovno ipobudeno

Slika: Promjena impulsa atoma: a) apsorpcija fotona b) spontana emisija c) ukupnapromjena impulsa atoma [1].

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Radijativna sila

F = ~kΓ

2I/ISAT

1 + I/ISAT + 4δ2/Γ2

δ → δ − ~k~vδ = ω0 − ωL < 0za male brzine atoma kv < δ, Γ

~F ≈ −β~v

Slika: Sila hladenja kao funkcija brzine

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Magneto-opticka stupica

Slika: Konfiguracija MOT-a za zarobljavanjehladnih atoma [1]

anti-Helmholtzova konfiguracijazavojnica B(z) = Az

tri para kruzno polariziranih zraka

ukupna sila na atome

~F = −β~v + κ~z

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Opticki frekventni cesalj

niz fazno spregnutih femtosekundnih pulseva u frekventnoj domeni

fn = nfR + f0

fR = 1/TR frekvencija repeticijef0 = ΦR/(2πTR) frekvencija pomaka

Slika: Femtosekundni pulsevi u vremenskoj i frekventnoj domeni [2].

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Hiperfina struktura 87Rb atoma

Slika: Energijski dijagram atoma 87 Rb [1].

moguci prijelazi ∆F = 0,±1

lasersko hladenje-∣∣5S1/2; F = 2⟩→

∣∣5P3/2; F ′ = 3⟩∣∣5S3/2; F ′ = 2

⟩- laser za

naseljavanjevraca atome natrag u ciklus

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Eksperimentalni postav

Slika: Shematski prikaz postava za hladenje atomskog oblaka 87Rb generiranog uMOT-u. Prikazani su: Generator drugog harmonika - SGH, F - filter, PBS -polarizacijski djelitelj zrake,, L - leca, AOM - akusto-opticki modulator, λ/2 i λ/4 -polarizacijska plocica, CMOS - kamera [1].

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Tehnika vremena proleta

slobodno sirenje sustava

razlicita vremena ekspanzije t

ravnina okomito na silu teze- pravocrtno gibanje

Slika: Shema za mjerenje ekspanzije oblaka i snimljena fluorescencija atomskogoblaka [1].

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Rezultati

lin ⊥ lin

Slika: Ovisnost temperature atoma o pomaku frekvencije n-tog moda FC-a [1].

Tx,min = (72± 4) µK

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

σ+ − σ+

Slika: Ovisnost temperature atoma o pomaku frekvencije n-tog moda FC-a [1].

Tx,min = (66± 3)µK

opazeno hladenja na prijelazu∣∣5S1/2; F = 2

⟩→

∣∣5P3/2; F ′ = 2⟩

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

Zakljucak

dobivene slicne temperature za obje konfiguracije suprotnopropagirajucih laserskih zraka

sub-Dopplerove temperature su posljedica slozenog sub-Dopplerovogmehanizma hladenja

FC mozemo koristi za hladenje atoma

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem

A. Cipris, Opticko hladenje atoma frekventnim cesljem, Diplomski rad,PMF, Sveuciliste u Zagrebu (2017).

N. Vujicic, Utjecaj magneto-optickih efekata na rezonantne linijerubidijevih atoma, Doktorska disertacija, Sveuciliste u Zagrebu (2011).

Shematski prikaz atomskog sata,https://jila.colorado.edu/yelabs/sites/default/files/styles/image_700/public/images/publications/Ye_Campbell_10secatom_5a.jpg?itok=V2xAyzKk

A. Steinberg, Ultra cold atoms and Bose-Einstein condensation, MIT,http://slideplayer.com/slide/6653269/23/images/1/Ultracold+atoms+and+Bose-Einstein+condensation.jpg

T. Uehlinger, Quntum simulation, ETH Zurich,http://www.ethlife.ethz.ch/archive_articles/130524_quantenmagnetismus_at/quantummagnetism_l-hires.jpg

Mihaela Bezak, F-4045 Hladenje atoma optickim frekventnim cesljem