[论文]硕士学位论文Route towards an optical dipole trap for single atoms [复制链接]

牛津大学硕士学位论文 Route towards an optical dipole trap for single atoms Wbc*x  
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1 Declaration concerning intellectual property ) 'x4#5]  
2 Introduction 4 ^+cf  
3 Theory section 5 ETe,RY  
3.1 Light matter interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 /7
X:=~m  
3.1.1 Perturbation of atoms by electromagnetic waves and Rabi oscillations. . . 5 IGs!SXclCs  
3.2 Light shift and dressed state picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7>`QX%  
3.3 The optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 B3u
v>\  
3.3.1 Dipole force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 &G?b|Tb2  
3.4 The optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 dV#h~  
3.4.1 Trapping in the dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 GbG!vo  
3.4.2 Properties of our dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 0hK)/!Y  
3.4.3 Tasks of project . . %76N$`{u  
4 Experiments 18 l=%v  
4.1 Experiment 1 - reversed light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ipfiarT~)  
4.1.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 PNg
j 8J4  
4.1.2 Advantages and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 S!o!NSn@1  
4.1.3 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 +~RiCZt  
4.2 Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 vsg"!y@v  
4.2.1 Setup and alignment description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 [aX'eMq
 
4.2.2 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 p;Kw$fQ?  
4.2.3 Trap- potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 OL&ku &J_  
4.3 Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 !u)veh3x  
5 Conclusions 56 :.Vn  
6 Appendix 58 3=V79&  
6.1 Mathematical derivation of Rabi- osciallations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4'bup h1(  
6.2 Derivation of the light shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 |RX uO  
6.3 Optical Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 =p|,~q&i  
6.4 Derviation of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 q?'*T?|  
6.4.1 Further examination of the optical forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 O7bTu<h=  
6.5 Cooling mechanisms and magneto-optical trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 & D4'hL3  
6.5.1 Doppler cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 %c)^8k;I  
6.5.2 Magneto- optical trap (MOT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 HjUs}#</  
6.5.3 Polarisation gradient cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 pA9^-:\*  
6.6 Loading of optical dipole trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 PO5/j  
6.7 Diode laser power characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 1I^[_ /_\y  
6.8 Additional plots for second experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 [5^"U+`{x  
6.8.1 Moving 50μm aperture in the transverse plane . . . . . . . . . . . . . . . 76 ^0ZabR'  
6.8.2 Displacing aspheric lens along optical axis and restoring focus by collimator 2:^Dv1J)rD  
movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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