CN106653137B - 一种交流磁光阱的制备方法 - Google Patents

一种交流磁光阱的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106653137B
CN106653137B CN201611146689.4A CN201611146689A CN106653137B CN 106653137 B CN106653137 B CN 106653137B CN 201611146689 A CN201611146689 A CN 201611146689A CN 106653137 B CN106653137 B CN 106653137B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
laser
magneto
polarization
optical trap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201611146689.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106653137A (zh
Inventor
方亚毜
裘李阳
吴赛骏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN201611146689.4A priority Critical patent/CN106653137B/zh
Publication of CN106653137A publication Critical patent/CN106653137A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106653137B publication Critical patent/CN106653137B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/08—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
    • G21K1/093—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means by magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本发明属于原子分子光学技术领域，具体公开了一种交流磁光阱的制备方法。本发明利用正弦信号调制反亥姆霍兹线圈电流产生交变磁场。两个背靠背放置的声光调制器，半波片以及偏振分束器，实现囚禁激光偏振组态的快速转换。利用声光调制器快速开关激光的特性,可实现高达10 MHz以上的激光光束偏振组态切换,配合直流和射频电路可实现从准静态(DC)到10 MHz偏振/磁场切换频率的磁光阱。这种交流磁光阱制备方法简易有效，工作频率广，可满足从超冷离子制备到分子冷却等各方面的技术需要，可广泛应用于冷分子以及无磁条件下的量子光学领域。

Description

一种交流磁光阱的制备方法
技术领域
本发明属于原子分子光学领域，具体公开了一种交流磁光阱的制备方法。
背景技术
传统磁光阱已经成为激光冷却与囚禁原子的基本实验技术。它由三对两两垂直，具有特定偏振组态并且红失谐的对射激光束形成的光学黏团和反向亥姆霍兹线圈产生的梯度磁场构成。在制备过程中，激光光束的偏振组态与梯度磁场不随时间变化。由于线圈产生的涡电流的存在，我们难以在1 ms内将磁场关闭干净（小于10-7 T）。
2008年，英国曼彻斯特大学实验小组成功制备了交流磁光阱。不同于传统磁光阱，他们在实验中对线圈电流进行了正弦调制，线圈产生的磁场方向每半个周期改变一次方向。三对激光光束的偏振组态利用电光调制器跟随着变化。由于磁场方向随时间不断改变方向，由线圈电流引起的涡电流也跟着改变方向，产生的磁场可以有效抵消，从而实现快速关断磁场。交流磁光阱相比于传统磁光阱，磁场关断时间快了300多倍。在制备冷离子领域中，具有广泛应用前景。
英国小组制备的交流磁光阱工作在声波频段（2 kHz），而在冷分子磁光阱实验中通常需要避免激光将原子泵浦到塞曼子能级暗态上，则要求交流磁光阱工作在兆赫兹频段。美国JILA叶军小组利用普克尔盒对激光进行调制，频率可达2 MHz。然而这种方法价格昂贵，需要复杂的驱动电路，操作复杂，技术要求高，难以在实验室推广。另一方面，声光调制器在冷原子实验作为常规的光调制器件，具备快速（~MHz）开关激光等特性。截至目前，未发现有人将之应用于交流磁光阱的制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可操作性强、工作频率广的交流磁光阱的制备方法。
本发明提供的交流磁光阱的制备方法，采用声光调制器切换激光光束的偏振组态以及正弦信号调制反亥姆霍兹线圈电流，从而制备交流磁光阱。利用声光调制器快速开关激光的特性,可实现高达10 MHz以上的激光光束偏振组态切换,配合直流和射频电路可实现从准静态（DC）到10 MHz偏振/磁场切换频率的磁光阱。这种交流磁光阱制备方法简易有效，工作频率广，可满足从超冷离子制备到分子冷却等各方面的技术需要。
本发明提供的交流磁光阱的制备方法，具体步骤如下：
（1）激光光源的放大
与传统磁光阱相同，选取合适的跃迁谱线，产生合适失谐量的冷却光与泵浦光；将冷却光与泵浦光合束，入射到锥形放大器，进行放大；
（2）偏振组态切换与线圈电流调制
将经过放大的激光入射至一对背靠背放置的声光调制器；这两个声光调制器的一级衍射光方向分别在入射光的两侧；衍射光经过一个半波片，并利用一个偏振分束器与另一束衍射光合束，最后耦合至保偏光纤，从而分别获得一束水平偏振以及一束垂直偏振的激光；再通过开关这两个声光调制器，即可实现激光偏振组态的切换；保偏光纤输出光经过一个30:70非偏振分束器，以及四个50:50非偏振分束器分束；每束激光经过一个四分之一玻片，将之转化为圆偏振光并扩束，最终交汇于线圈电流产生的磁场零点；其中三束激光分别经过一个光束采样镜；基于光束采样镜的偏振相关特性，微调反方向偏振光的功率平衡，通过正弦信号调制电流源，实现反亥姆霍兹线圈电流调制；
（3）交流磁光阱的形成
六束激光交汇于磁场零点处之后，调节激光偏振组态调制信号与线圈电流调制信号的相对相位，得到交流磁光阱。
本发明方法简单有效，可操作性强，工作频率广，所需系统易于搭建。该发明在冷离子，冷分子以及无磁条件下的量子光学领域中将获得更广泛更方便的应用。
附图说明
图1为交流磁光阱原理示意图。图中标注的激光偏振方向均为沿着激光传播方向的观测结果。
图2为39K能级示意图。
图3为偏振组态切换光路示意图。
图4为六束激光扩束光路示意图。
图中标号：1为锥形放大器，2为第一隔离器，3为第二隔离器，4为第一半波片，5为焦距为200 mm的凸透镜，6为第一反射镜，7为焦距为-100 mm的凹透镜，8为第二反射镜，9为第一声光调制器，10为第二声光调制器，11为光挡，12为第三反射镜，13为第二半波片，14为偏振分束器，15为第四反射镜，16为第五反射镜，17为第六反射镜，18为第三半波片，19为第七反射镜，20为第八反射镜，21为第四半波片，22为保偏光纤输入端；23为保偏光纤输出端，24为30/70（反射30%，透射70%）非偏振分束器，25为第一50/50非偏振分束器，26为第九反射镜，27、28、29分别为第二、第三、第四50/50非偏振分束器，30为第一四分之一波片，31为焦距为-25 mm的凹透镜，32为焦距为100 mm的凸透镜，33为光束采样镜，34为第二四分之一波片，35为焦距为-25 mm的凹透镜，36为焦距为100 mm的凸透镜。
具体实施方式
结合制备39K交流磁光阱实施例，并配合附图对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。操作步骤如下：
（1）激光光源的放大
如附图2所示，制备磁光阱需要两种光，冷却光与泵浦光。它们的失谐量分别为-32MHz与-38 MHz。如附图3所示，将此两束高于所需频率110 MHz的激光合束并注入至锥形放大器（1）进行放大。经过第一、第二隔离器（2、3）之后，利用焦距为200 mm的凸透镜（5）和焦距为-100 mm的凹透镜（7），减小光斑，调整第一半波片（4）使得第一、第二声光调制器（9、10）（工作频率为110 MHz）的-1级衍射效率最高。此衍射光即磁光阱所需两种不同频率的冷却光与泵浦光。
（2）偏振组态切换与线圈电流调制
如附图3所示，第一声光调制器（9）的-1级衍射光，经过第三反射镜（12），第二半波片（13）与偏振分束器（14），得到垂直偏振的激光光源。第二声光调制器（10）的-1级衍射光，同样经过反射镜（15、16、17），第三半波片（18）与同一个偏振分束器（14），得到水平偏振的激光光源。水平偏振与垂直偏振的两束激光利用第七、第八反射镜（19， 2）以及第四半波片（21）耦合至同一根保偏光纤（22）。实验中，通过开关两个声光调制器（9,10），在保偏光纤的输出端，可以获得水平与垂直偏振光的快速切换，最终利用四分之一玻片即可实现左旋/右旋圆偏振光的切换。
如附图4所示，保偏光纤的输出端（23）输出光，经过30/70非偏振分束器（24）分为两束光，其中反射光利用第二50/50非偏振分束器(27)分成两束，记为L1和L6。透射光通过第一50/50非偏振分束器（25），其中反射光利用第三50/50非偏振分束器（28）分成两束，记为L3和L4。而透射光经过第九反射镜（26）以及第四50/50非偏振分束器（29）分成两束，记为L2和L5。L1、L3和L5分别利用第一四分之一玻片（30），焦距为-25 mm的凹透镜（31），以及焦距为100 mm的凸透镜（32），转变为圆偏振光并扩束。在L2、L4和L6的光路中多放置一个光束采样镜（33）。利用光束采样镜的偏振相关特性，微调其角度实现对射激光光束对L1/L6，L3/L4与L2/L5功率平衡。调整六束光路中的四分之一玻片，使得L2/L3/L4/L5圆偏振光手性相同，且与L1/L6圆偏振光手性相反。通过正弦信号调制电流源实现反亥姆霍兹线圈电流调制。
（3）交流磁光阱的形成
至此，实验上获得了如附图1所示的三对两两垂直，具有可快速切换特定偏振组态并且红失谐的对射激光束。通过正弦信号调制电流源实现反亥姆霍兹线圈电流的调制。将六束激光交汇于磁场零点处之后，调节激光偏振组态调制信号与线圈电流调制信号的相对相位，即获得交流磁光阱。
本发明制备的交流磁光阱，方法简单有效，可操作性强，工作频率广，易于搭建。该发明在冷离子，冷分子以及无磁条件下的量子光学领域中将获得更广泛更方便的应用。

Claims (1)

1. 一种交流磁光阱的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）激光光源的放大
选取合适的跃迁谱线，产生合适失谐量的冷却光与泵浦光；将冷却光与泵浦光合束，入射到锥形放大器，进行放大；
（2）偏振组态切换与线圈电流调制
将经过放大的激光入射至一对平行放置，声波传播方向相反的声光调制器；这两个声光调制器的正一级衍射光方向分别在零级透射光的两侧；衍射光经过一个半波片，并利用一个偏振分束器与另一束衍射光合束，最后耦合至保偏光纤，从而分别获得一束水平偏振以及一束垂直偏振的激光；再通过开关这两个声光调制器，即可实现激光偏振组态的切换；保偏光纤输出光经过一个30:70非偏振分束器，以及四个50:50非偏振分束器分束；每束激光经过一个四分之一玻片，将之转化为圆偏振光并扩束，最终形成三对对射激光束，交汇于线圈电流产生的磁场零点；其中三束激光分别经过一个光束采样镜；利用光束采样镜的偏振相关特性，微调其角度，实现对射激光光束对功率平衡；调整六束光路中的四分之一玻片，使得其中四束与圆偏振光手性相同，另外两束与圆偏振光手性相反；通过正弦信号调制电流源，实现反亥姆霍兹线圈电流调制；
（3）交流磁光阱的形成
六束激光交汇于磁场零点处之后，调节激光偏振组态调制信号与线圈电流调制信号的相对相位，得到交流磁光阱。
CN201611146689.4A 2016-12-13 2016-12-13 一种交流磁光阱的制备方法 Expired - Fee Related CN106653137B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611146689.4A CN106653137B (zh) 2016-12-13 2016-12-13 一种交流磁光阱的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611146689.4A CN106653137B (zh) 2016-12-13 2016-12-13 一种交流磁光阱的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106653137A CN106653137A (zh) 2017-05-10
CN106653137B true CN106653137B (zh) 2019-05-31

Family

ID=58825230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611146689.4A Expired - Fee Related CN106653137B (zh) 2016-12-13 2016-12-13 一种交流磁光阱的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106653137B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107505721A (zh) * 2017-08-16 2017-12-22 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种用于囚禁原子的激光分束方法及装置
CN113871287B (zh) * 2021-08-18 2023-08-15 中国科学院大学 一种制备大量冷分子离子的装置和方法
CN117852663A (zh) * 2024-03-07 2024-04-09 国开启科量子技术(安徽)有限公司 离子寻址装置及离子阱量子计算机

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1784109A (zh) * 2004-12-02 2006-06-07 清华大学 一种冷原子束产生方法及其装置
JP2006337088A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 National Institute Of Information & Communication Technology 中性原子の磁気光学トラップ装置
WO2009025893A2 (en) * 2007-05-18 2009-02-26 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Ultracold-matter systems
CN101657062A (zh) * 2009-09-01 2010-02-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 折叠式双光束磁光阱系统
CN102023563A (zh) * 2009-09-23 2011-04-20 中国计量科学研究院 去除原子在塞曼冷却窗口沉积的方法、装置和系统
CN105117774A (zh) * 2015-07-27 2015-12-02 山西大学 一种激光冷却与俘获的磁光阱方法及装置
CN105185425A (zh) * 2015-07-16 2015-12-23 山西大学 制备超冷极性分子的原子空间可调节暗磁光阱方法及装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1784109A (zh) * 2004-12-02 2006-06-07 清华大学 一种冷原子束产生方法及其装置
JP2006337088A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 National Institute Of Information & Communication Technology 中性原子の磁気光学トラップ装置
WO2009025893A2 (en) * 2007-05-18 2009-02-26 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Ultracold-matter systems
CN101657062A (zh) * 2009-09-01 2010-02-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 折叠式双光束磁光阱系统
CN102023563A (zh) * 2009-09-23 2011-04-20 中国计量科学研究院 去除原子在塞曼冷却窗口沉积的方法、装置和系统
CN105185425A (zh) * 2015-07-16 2015-12-23 山西大学 制备超冷极性分子的原子空间可调节暗磁光阱方法及装置
CN105117774A (zh) * 2015-07-27 2015-12-02 山西大学 一种激光冷却与俘获的磁光阱方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2D Magneto-Optical Trapping of Diatomic Molecules;Matthew T.Hummon etc.;《PHYSICAL REVIEW LETTERS》;20130401(第110期);1-5
Cold Atom Trap with Zero Residual Magnetic Field The ac Magneto-Optical Trap;Matthew Harvey etc.;《PHYSICAL REVIEW LETTERS》;20081022(第101期);1-4

Also Published As

Publication number Publication date
CN106653137A (zh) 2017-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106653137B (zh) 一种交流磁光阱的制备方法
CN102540476B (zh) 一种三维空心光斑生成方法和装置
CN105353520B (zh) 高混频效率的空间光90°混频器
CN105356293A (zh) 一种用于半导体激光器饱和吸收稳频装置的声光调制系统
CN108107008B (zh) 一种时域热反射谱测量系统
Wang et al. Photonic generation of phase coded microwave pulses using cascaded polarization modulators
CN105763260B (zh) 利用相位调制器和Sagnac环生成三角波的方法
CN105988261B (zh) 一种涡旋光场产生装置
CN103042305B (zh) 分时分光系统
CN106301586A (zh) 一种具有可调谐重复频率的光学三角形脉冲发生器
CN107036721B (zh) 太赫兹脉冲时域波形探测方法及系统
CN208079086U (zh) 基于外调制的四倍频光学三角形脉冲发生器
CN109256658A (zh) 一种可调谐中红外双频激光系统
Li et al. Linearly chirped waveform generation with large time-bandwidth product using sweeping laser and dual-polarization modulator
CN110297376B (zh) 一种稳定的连续变量量子纠缠源产生装置
CN208537036U (zh) 一种超短脉冲测量装置
CN110687093A (zh) 一种基于束缚态光孤子的双频cars测量装置和方法
CN103545706A (zh) 一种全固态355nm激光器
Shams-Ansari et al. Microring electro-optic frequency comb sources for dual-comb spectroscopy
CN113972953A (zh) 一种基于两个单驱动马赫曾德尔调制器的三角波形发生器
CN108155553B (zh) 增益谱带快速切换且精细可调的光参量振荡器
CN107678189B (zh) 一种可快速精确调节两光学腔输出信号光干涉的装置
Li et al. Photonic generation of ultrawideband signals with large carrier frequency tunability based on an optical carrier phase-shifting method
CN109378696A (zh) 基于并联移频的高平均功率锁模激光产生系统和方法
CN105305214A (zh) 一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190531

Termination date: 20211213

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee