牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms Tk+DPp^
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1 Declaration concerning intellectual property H ja^edLj
2 Introduction 4 +S0u=u65
3 Theory section 5 b7v dk
3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 |Mlh;
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 {rfte'4;=
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 ~,Mr0
3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 "G kI5!
3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 *[
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3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 j J-d/"(
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 }{=8&gA0
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 ]umZJZ#Y
3.4.3 Tasks of project . . EqQ3=XMUL@
4 Experiments 18 fO+UHSC
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 G{O\)gf
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 oB}K[3uB:t
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3B -NYJa
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 jQs*(=ls
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 j $0zD:ppW
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Z !Z,M' "
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 gE1|lY$NL
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 l\Cu1r-z
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 <H-tZDh5
5 Conclusions 56 O&52o]k5l
6 Appendix 58 3Mxz_~
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 +#9xA6,AE
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 '#KA+?@
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 D| [/>x
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4 *H(sq
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
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6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 A3<^ U
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 \+G.]|" Y
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 <3)|44.o&
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 ~K_ ]N/ >
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 $vW^n4!
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 :&qC <UD
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 prqyoCfq
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 2.!1kije
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator N/(ofy
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .