牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms Be+:- t)
wY#mL1d F
1 Declaration concerning intellectual property YkX=n{^
2 Introduction 4 F6p1 VFs
3 Theory section 5 nY)Pxahm 7
3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 iC-ABOOu{l
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 sFK<:ka
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Q8y|:tb$Y
3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Br5 Io=/wg
3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 `Ny8u")=
3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 M;qL)vf
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Oq6n.:8g"
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 jm\#($gl=
3.4.3 Tasks of project . . @'@6vC
4 Experiments 18 |@.<} /
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 dn_OfK
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 e-9unnk
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 G:`Jrh
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 M%x L K7
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 8F`
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 .5;LL,S-
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Ky#B'Bh}`g
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 +o]BjgG
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 'hO;sL
5 Conclusions 56 ?bAFYF0!I
6 Appendix 58 ~uadivli
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 fhKiG%i'l
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 + f!,K
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Y,b tL'[W
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 |SKG 4_wGe
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3^> a TU<Z
6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 /v4S@SQ+
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 j#t8Krd] "
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 xY2_*#{.
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 ?i2Wst
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 bs EpET
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 g )qnjeSs]
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Wx$q:$h@q
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 zI_GdQNfN
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator 6 L9[U^`@
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
