牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms @!! u>1
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1 Declaration concerning intellectual property +ynhN\S$/
2 Introduction 4 ui# nN
3 Theory section 5 .-tR <{
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3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 FP=-
jf/
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 xlwf @XW
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 r/ g{j
3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 u$[8Zmgzz
3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 'hBnV xd&
3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 SF-"3M
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Q> y!
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 ez[x8M>
3.4.3 Tasks of project . . Tf]ou5 |
4 Experiments 18 +z?gf*G_W'
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 k@|px#kq
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 b:Zh|-
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 H2:
Zda#
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 -sJD:G,%
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 zM&ro,W
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 rY^uOrR>j*
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Z@Q*An
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 g&2g>]
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Y3:HQ0w`|
5 Conclusions 56 BX[ IWP\%
6 Appendix 58 E# (e2Z=
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Q2m[XcnX
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 TA*}p=?6?!
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 b=MW;]F
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 ^\O*e) #*
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 > VIFQ\
6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 (b#M4ho*f
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 _yN5sLLyb
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 W1"NKg~4
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 .p e3L7g
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 SQf[1}$ .
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 PA,aYg0f
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 MSM8wYcD
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 V 9"R8*@-
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator eUN aq&M
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
