牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms p?2^JJpUb
6,cJ3~!48
1 Declaration concerning intellectual property 4$+1&+@ ]
2 Introduction 4 UQ#t &
3 Theory section 5 ZM16 ~k
3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 XR_Gsb%l
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 H<9_BA?
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4;*jE (
3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 V+5av Z}
3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 q ;"/i*+3
3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 .XT]\'vW
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 UvR.?js(O
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 ezb*tN!
3.4.3 Tasks of project . . AO238RC!:
4 Experiments 18 `a `>Mtl
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 #y-R*4G
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 JNv@MJb}
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 {l"(EeW6)
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 +ib&6IU
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 xzHb+1+p
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 [}HS[($
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 B$M4f7
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 ~)pso7^:
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 V|G*9^Y
5 Conclusions 56 lAR1gHhJ
6 Appendix 58 iURSYR
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 gBr/Y}I
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 iG#92e4
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 U(gYx@
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 =QK ucLo
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Rl&nR$#
6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 zZ,"HY=jN
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 A4g,)
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 %l?*w~x
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 10Q!-K),p
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 l9e=dV:pH
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 eA*We
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 fr'DV/T
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 Tm$8\c4V:*
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator n-g#nEc:
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .