牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms HG+%HUO$
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1 Declaration concerning intellectual property M,/mE~
2 Introduction 4 Fs{x(_LOr
3 Theory section 5 ,_Z5m;
3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 !G SV6
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 _AQb6Nb
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 SnE(o)Q
3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
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3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 b~'"^ Bts*
3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 E "+QJ~!
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 k"NVV$;
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 JHz
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3.4.3 Tasks of project . . ^.1c{ 0Y^0
4 Experiments 18 99:C" `E{
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 )z&/_E=
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ]|MEx{BG-
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 }emN9Rj
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ppZDGpp
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 G '6@+$ppS
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 POvP]G9'"
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 RLb KD>
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 ?YZ- P{rTS
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 `J zp Sw
5 Conclusions 56 lTd #bN
6 Appendix 58 Ag&0wN+jTM
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 lrv3fPIW
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 U@-^C"R
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 kuol rfGB
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2
dAB-d:k
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 ?,&
tNP{jq
6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Wn(6,MDUN
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 c2&q*]?l;
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 >N]7IU[ -
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 \~ fONBY
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Pb?$t
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 @^T1XX
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 $Hj.{;eC/k
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 o| #Qu8Lk
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator 5<UVD:~z
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
