Primjene laserskog hlađenja

Παρουσίαση με θέμα: "Primjene laserskog hlađenja"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Sub-Dopplerovo hlađenje atoma Danijel Buhin, Institut za fiziku Mentorica: dr. sc. Ticijana Ban

2 Primjene laserskog hlađenja
Atomski satovi Bose – Einsteinov kondenzat Na slici je dualni atomski sat u NIST-u ytterbium 1

3 Primjene laserskog hlađenja
Kvantni simulatori Kvantna računala Atomska interferometrija – mjerenje gravitacijske konstante, konstante fine strukture, univerzalnost slobodnog pada, predložena je ideja za mjerenje gravitacijskih valova, akcelometri, gravitacijska gradiometrija, senzori rotacija, … 2

4 Magneto – optička stupica
Procesi apsorpcije i spontane emisije Laserska zraka 3

5 Magneto – optička stupica
Procesi apsorpcije i spontane emisije Laserska zraka 3

6 Magneto – optička stupica
Procesi apsorpcije i spontane emisije Laserska zraka Ukupna sila na atom 3

7 Magneto – optička stupica
Kružno polarizirane laserske zrake i prostorni gradijent magnetskog polja 4 C. J. Foot: Atomic Physics, Oxford University Press, 2005

8 Temperatura u laserskom hlađenju
Termodinamika Lasersko hlađenje Termalna ravnoteža s okolinom Termalni kontakt Stacionarno stanje 1 𝑇 = 𝑑𝑆 𝑑𝐸 Okolina se mijenja Atomi apsorbiraju i emitiraju fotone Može biti u stacionarnom stanju 1 2 𝑘 𝐵 𝑇= 𝐸 𝑘 5

9 Temperaturna skala 6 H. J. Metcalf, P. van der Straten, Laser Cooling and Trapping, Springer, 1999

10 Temperaturna skala 6 H. J. Metcalf, P. van der Straten, Laser Cooling and Trapping, Springer, 1999

11 Karakteristične temperature
𝑘 𝐵 𝑇 𝐶 = 𝑚 Γ 2 𝑘 2 𝑣 𝐶 = Γ 𝑘 ∼1 𝑚 𝑠 𝑇 𝐶 ∼1 𝑚𝐾 7 H. J. Metcalf, P. van der Straten, Laser Cooling and Trapping, Springer, 1999

12 Karakteristične temperature
Dopplerova temperatura 𝑘 𝐵 𝑇 𝐷 = ℏΓ 2 𝑣 𝐷 ∼30 𝑐𝑚 𝑠 𝑇 𝐷 ∼150 𝜇𝐾 8 H. J. Metcalf, P. van der Straten, Laser Cooling and Trapping, Springer, 1999

13 Karakteristične temperature
Temperatura odboja 𝑘 𝐵 𝑇 𝑟 = ℏ 2 𝑘 2 𝑚 𝑣 𝑟 = ℏ𝑘 𝑚 ∼1 𝑐𝑚 𝑠 𝑇 𝑟 ∼1 𝜇𝐾 Tr(Rb87) = 362 nK 9 H. J. Metcalf, P. van der Straten, Laser Cooling and Trapping, Springer, 1999

14 Sub-Dopplerovo hlađenje
Hlađenje pomoću gradijenta polarizacije 𝜎 + − 𝜎 − konfiguracija Sizifovo hlađenje 𝑙𝑖𝑛⊥𝑙𝑖𝑛 konfiguracija Gradijent polarizacije Pomak energije atomskih prijelaza u interakciji s laserom Light shift, Δ Intenzitet zrake i frekventni pomak lasera za hlađenje 𝐼, 𝛿= 𝜔 𝐿 − 𝜔 𝑎 10

15 Polarizacija zraka u konfiguraciji 𝝈 + − 𝝈 −
𝐸 = 𝐸 0 𝑥 cos 𝜔𝑡−𝑘𝑧 + 𝑦 sin 𝜔𝑡−𝑘𝑧 + 𝐸 0 𝑥 cos 𝜔𝑡+𝑘𝑧 − 𝑦 sin 𝜔𝑡+𝑘𝑧 𝐸 =2 𝐸 0 cos 𝜔𝑡 [ 𝑥 cos 𝑘𝑧 + 𝑦 sin⁡(𝑘𝑧)] 11 H. J. Metcalf, P. van der Straten, Laser Cooling and Trapping, Springer, 1999

16 𝑱 𝒈 =𝟏 → 𝑱 𝒆 =𝟐 Atom koji miruje 𝑃(| 1,0 → 2,0 = 2 3
Linearno polarizirano polje: Δ𝑚=0 𝑃(| 1,0 → 2,0 = 2 3 𝑃(| 1,±1 → 2,±1 = 1 2 12

17 𝑱 𝒈 =𝟏 → 𝑱 𝒆 =𝟐 Atom koji miruje Π 0 : Π ±1 =9:4
𝑃(| 1,0 → 2,0 →| 1,±1 = 2 3 ⋅ 1 6 = 1 9 𝑃(| 1,±1 → 2,±1 →| 1,0 = 1 2 ⋅ 1 2 = 1 4 Π 0 : Π ±1 =9:4 13

18 𝑱 𝒈 =𝟏 → 𝑱 𝒆 =𝟐 Atom koji se giba 𝑣>0 𝛿<0→ Δ 0 <0
Referentni sustav koji rotira Neadijabatsko vezanje ∼𝑘𝑣 Neravnoteža u naseljenostima Π +1 − Π −1 = 𝑘𝑣 Δ 0 𝑣>0 𝛿<0→ Δ 0 <0 ⇒ Π −1 > Π +1 14

19 Atom koji se giba 𝑱 𝒈 =𝟏 → 𝑱 𝒆 =𝟐 15

20 Ravnotežna temperatura
𝑱 𝒈 =𝟏 → 𝑱 𝒆 =𝟐 𝑘 𝐵 𝑇= ℏ Γ 2 𝐼 𝛿 𝐼 𝑠𝑎𝑡 Γ 2 /4 𝛿 2 + Γ 2 /4 16

21 Tehnika mjerenja vremena proleta
17

22 Tehnika mjerenja vremena proleta
17

23 Tehnika mjerenja vremena proleta
17

24 Tehnika mjerenja vremena proleta
17

25 Ekspanzija oblaka 18

26 Tehnika mjerenja vremena proleta
Početna raspodjela je Gaussova Raspodjela brzina je Maxwell- Boltzmannova 𝜎 2 𝑡 = 𝜎 𝑘 𝐵 𝑇 𝑚 𝑡 2 19

27 Temperatura atoma u ovisnosti o frekventnom pomaku lasera za hlađenje
Γ=6.065 MHz 20

28 Temperatura atoma u ovisnosti o intenzitetu lasera za hlađenje
21

29 Zaključak 𝑘 𝐵 𝑇= ℏ Γ 2 𝐼 𝛿 𝐼 𝑠𝑎𝑡 29 300 + 254 75 Γ 2 /4 𝛿 2 + Γ 2 /4
𝑘 𝐵 𝑇= ℏ Γ 2 𝐼 𝛿 𝐼 𝑠𝑎𝑡 Γ 2 /4 𝛿 2 + Γ 2 /4 Sub-Dopplerovo hlađenje atoma rubidija u 𝜎 + − 𝜎 − konfiguraciji Tehnika mjerenja vremena proleta Ovisnost temperature o frekventnom pomaku lasera za hlađenje Ovisnost temperature o intenzitetu lasera za hlađenje 22