牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms M9ter&
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1 Declaration concerning intellectual property ,Yiq$Z{qQ
2 Introduction 4 # ]N&6ngJ
3 Theory section 5 x0TnS #
3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 J7&.>y1%
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 Ynk><0g6
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 O4 'kS
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3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 qW` XA
3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4q @9
3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 * 7 z N
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 P5ES rZ@f
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 VLwJ6?.f'
3.4.3 Tasks of project . . <7sF<KD
4 Experiments 18 .yHHogbt
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 t6H2t P\AS
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 7oqn;6<[>,
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 sbq44L)
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 R+@sHsZ@
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 }hObtAS
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Npg5Z%+ y
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 [h 2p8i 'o
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 |tolgdj
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Xy K KD&j
5 Conclusions 56 eW }jS/g`
6 Appendix 58 $O8EiC!f6
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 $HR(| {piZ
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 "cz]bCr8
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Hi4@! ]
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 SjNwT[.nr7
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2 kmna/Qa6
6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 [K|>s(Sf*
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3<1HqU
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 EcS-tE 4%
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 .ON$vn7
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 *Tlws
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 6lH>600]u
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 a_#eGe>
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 jW+VUF-t
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator v'2OHb#
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
