牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms L ai"D[N
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1 Declaration concerning intellectual property (Ln h> '2
2 Introduction 4 :6V8
3 Theory section 5 f
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3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 %A3Jd4DH
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 `l"~"x^Rr
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 *cI Xae^Y7
3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 e_TDO
3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 e
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3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 q?&&:.H"?5
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 BYU.ptiJJ
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 /$(D>KU
3.4.3 Tasks of project . . zn|}YovY+
4 Experiments 18 n4johV.#
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 qa6~N3*
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ez{&Y>n
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 J?'!8,RX
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 @HI5;z
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Je,8{J |e
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
ty> O}9%
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 $hio(
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 jQ*Qh
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 RMK
U5A7
5 Conclusions 56 9"S3A EI
6 Appendix 58 WM26-nR
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 pG&.Ye]j
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 hM}2++V
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 mLE`IKgd]
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 z@~rm9d
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 G<'S
6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
t2iFd?
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 n:P}K?lg
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2dfA}i>k
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 8@-US ,|
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 uypD`%pC
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 X*KT=q^?n
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 GF&"nW9A
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 M3%<kk-_
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator ']Z8C)tK
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .