Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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