牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms 2uz<n}I V
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1 Declaration concerning intellectual property &AC-?R|Dp
2 Introduction 4 X=-pNwO
3 Theory section 5 \3x,)~m
3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 ^oM* f{9
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 'H:lR1(,
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Z?X
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3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 wOINcEdx
3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 K" Y,K
3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 xj(&EGY:
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 A-uEZj_RD=
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 +\SbrB P
3.4.3 Tasks of project . . Z{ &PKS
4 Experiments 18 (Zx;GS
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6dV92:
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 qd"*Td
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 cvi+AZ=
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 |0BmEF
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
!1;DRF
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 " @DCQ
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 {}[S,L
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 ^2XoYgv
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 ,:j^EDCsaJ
5 Conclusions 56 [ p|-G*=00
6 Appendix 58 DtR-NzjB
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 7'd_]e-.
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 ++ BVn[ 1
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 W%@6D|^
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 ~%m-}Sxc
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 |{<g-)
6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 *[k7KG2_U
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 qbpvTTF
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 1vu=2|QN
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 %# Fd0L
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 0(h *< g:
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 aV,>y"S
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 !Tr +: SM
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 P %(pbG-X.
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator %
=br-c
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
