牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms ;I0yQlx|U
y$;zTH_6j
1 Declaration concerning intellectual property l:k E^ =6
2 Introduction 4 {<Xo,U7y
3 Theory section 5 dxae2 tV
3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 U3VsMV*Y
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 X~<>K/}u5
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 |?pYJkrYO
3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 do:RPZ!
3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Ay[9k=q]
3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 lN]X2 4t
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 =:0IHyB#0
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 :#"OCXr
3.4.3 Tasks of project . . k^vmRe<lk
4 Experiments 18 4^jZv$l5
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 @/ovdf{
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 :u|UVp5
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ^HU=E@
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 G1n>@Y'j''
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 |~T+f&
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 KlSY^(kHR
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 [))2u:tbS\
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 *<
SU_dAh
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 `(w kqa
5 Conclusions 56 k%bTs+]*
6 Appendix 58 !UPAEA
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 a}+_Yo(Q
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 9BgQoK@
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 -^SD6l$
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 8)Bn?6.
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
_ jM6ej<
6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 xX67bswG
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 "MVN/Gl
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 H"Em|LX^
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 EWvid4QEi
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 W1M/Z[h6)5
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 BRQ5
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Ni;{\"Gt
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 O'?lW~CD.>
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator !un"XI0`t<
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .