JoVE 비디오를 활용하시려면 도서관을 통한 기관 구독이 필요합니다. 전체 비디오를 보시려면 로그인하거나 무료 트라이얼을 시작하세요.
Method Article
We present a parametric driving method to cool an ultracold Fermi gas in a crossed-beam optical dipole trap. This method selectively removes high-energy atoms from the trap by periodically modulating the trap depth with frequencies that are resonant with the anharmonic components of the trapping potential.
We present a cooling method for a cold Fermi gas by parametrically driving atomic motions in a crossed-beam optical dipole trap (ODT). Our method employs the anharmonicity of the ODT, in which the hotter atoms at the edge of the trap feel the anharmonic components of the trapping potential, while the colder atoms in the center of the trap feel the harmonic one. By modulating the trap depth with frequencies that are resonant with the anharmonic components, we selectively excite the hotter atoms out of the trap while keeping the colder atoms in the trap, generating parametric cooling. This experimental protocol starts with a magneto-optical trap (MOT) that is loaded by a Zeeman slower. The precooled atoms in the MOT are then transferred to an ODT, and a bias magnetic field is applied to create an interacting Fermi gas. We then lower the trapping potential to prepare a cold Fermi gas near the degenerate temperature. After that, we sweep the magnetic field to the noninteracting regime of the Fermi gas, in which the parametric cooling can be manifested by modulating the intensity of the optical trapping beams. We find that the parametric cooling effect strongly depends on the modulation frequencies and amplitudes. With the optimized frequency and amplitude, we measure the dependence of the cloud energy on the modulation time. We observe that the cloud energy is changed in an anisotropic way, where the energy of the axial direction is significantly reduced by parametric driving. The cooling effect is limited to the axial direction because the dominant anharmonicity of the crossed-beam ODT is along the axial direction. Finally, we propose to extend this protocol for the trapping potentials of large anharmonicity in all directions, which provides a promising scheme for cooling quantum gases using external driving.
지난 20 년 동안, 다양한 냉각 기술 보스 - 아인슈타인 응축 (BEC)을 생성하기 위해 개발 된 뜨거운 증기 원자 1, 2, 3, 4, 5에서 페르미 가스 (DFG)를 퇴화. BEC 및 DFG 훨씬 일반적으로 지구 또는 공간에서 발견 이하 극저온 존재 물질의 새로운 상을, 절대 영도 온도보다 높은 정도의 통상 백만이다. 낮은 온도를 얻기 위해, 대부분의 냉각 방법은 증발로 원자를 냉각 할 수있는 트래핑 가능성을 낮추는에 의존하고 있습니다. 그러나 낮추는 방식은 가스 양자 체제 (6)에 도달 할 때 냉각 효율을 제한하는 원자의 충돌 속도를 감소시킨다. 이 글에서, 우리는 증발로하지 않고 ODT에서 초저온 페르미 가스를 냉각하는 "추방"방법을 제시한다트랩 깊이 저하. 이 방법은 파라미터를 낮추는 방식 7, 8, 9에 비해 여러 가지 장점을 보여주는,도 7의 냉각 최근의 연구에 기초한다.
파라 메트릭 기법의 핵심 아이디어는 트래핑 잠재력의 가장자리 근처의 뜨거운 원자는 중심에있는 차가운 원자보다 낮은 트래핑 주파수를 느끼게 크로스 빔 ODT의 anharmonicity을 사용하는 것이다. 이 anharmonicity은 고 에너지 원자 공진 주파수에서 포착 전위를 변조 할 때 뜨거워 원자가 선택적으로 트랩으로부터 배출 될 수있다.
파라 냉각 실험 프로토콜 축퇴 온도 근처에서 미리 냉각 비 간섭 페르미 기체를 필요로한다. 이 프로토콜을 구현하기 위해, 음향 광학 변조기 (AOM)은 controllin 의해 트래핑 빔의 강도를 변조하는데 사용g 변조 주파수, 깊이 및 시간. 냉각 효과를 확인하기 위해, 원자 구름은 공진 레이저 광은 전하 결합 소자 (CCD) 카메라에 포착되는 원자 구름과 흡수 그림자를 조명 비행 시간 (TOF)의 흡수 촬상 의해 프로빙된다. 예컨대 원자 번호, 에너지, 및 온도와 같은 구름 특성은, 열 밀도에 의해 결정된다. 냉각 효과를 특성화하기 위해, 우리는 다양한 변조 시간에 구름 에너지의 의존도를 측정한다.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
주 :이 프로토콜은 다음과 같은 장치를 포함하는 조립식 초저온 원자 장치 필요 개의 외부 공동 다이오드 레이저 (ECDL)에서, ECDL 대한 잠금 설정하는 단계 (10)를 고정 주파수 오프셋 ODT위한 광섬유 레이저, 레이저 강도를 변조하는 AOM , 소스 발생기와 전력 증폭기를 갖는 무선 주파수 (RF) 안테나 시스템, CCD 카메라로 흡수 이미징 시스템 순서 및 데이터 획득 (DAQ), 화상 데이터 처리 및 분석을위한 컴퓨터 프로그램을 타이밍하기위한 컴퓨터 프로그램, MOT 및 바이어스 자계 용 전자석의 쌍 느린 (도 1에 도시 한) 6 리튬 증기 오븐 및 제만 포함하는 초고 진공실.
주의 : 다른 권한과 파장의 세 가지 레이저가 사용된다. 관련 레이저 안전 데이터 시트를 참조하고 적절한 레이저 안전 고글을 선택하십시오.
1. 타이밍 계속ROL
참고 : 모든 타이밍 시퀀스는 타이밍 제어 프로그램을 통해 128 채널 PCI DAQ 카드에 의해 제어됩니다. 타이밍 시퀀스의 해상도는 100 μS이다. 여러 기기 제어 프로그램 등과 파이버 레이저 임의 함수 발생기 (AFG) ODT AFG 임의 펄스 생성기 (APG), 파라 변조 AFG, MOT 멀티플렉서, RF 발생기와 같은기구의 설정을 제어하는 데 사용된다.
CCD 카메라 (2)의 제조
참고 : CCD 카메라는 차가운 원자의 주요 진단 도구입니다 차가운 원자의 흡수 영상을 기록하는 데 사용됩니다.
3. 671 nm의 레이저 제조
주 : 500 mW의 출력 전력을 갖는 671 nm의 단일 주파수 ECDL는 MOT 냉각 및 트래핑 빔을 생성하는데 사용된다. 35 mW의 또 671 nm의 흡수를 ECDL 이미징에 사용된다. 디지털 레이저 현재 변조 방식 (DLCM)레이저 주파수 안정화 10에 적용된다. 종래 6 리튬 에너지 준위는도 3a에 도시된다. 20 ± 1 ℃의 실내 온도 안정성 레이저 주파수 로크 최적의 안정성이 요구된다.
4. 이미징 흡수 제조
주 : 원자 개의 영상 프레임을 필요 흡수 이미징 프로브로되어있다. 원자와 함께 첫 번째 신호 프레임이고, 원자없이 두 번째 참조 프레임이다.
MOT 5. 냉각 원자
주 : MOT는 극저온 원자 실험에 광범위하게 사용되는 냉각 방법이다. 이 섹션은 약 300에서 약 μK 억 6 리튬 원자의 MOT를 생성한다.
6. ODT와 함께 초저온 페르미 가스 준비
7. 파라 냉각
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
이 프로토콜을 사용하여, 우리는 우리의 이전에 게시 7 결정된 둘 다 최적화 된 변조 주파수 및 진폭과 변조 시간에 파라 메트릭 냉각의 의존성을 연구한다. 먼저 T / T F ≈ 1.2 온도 개의 미세 낮은 상태에서 리튬 6 개 원자의 비 간섭 페르미 기체를 준비한다. 여기서, T F = (6N) 1/3 H ω / K <...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
우리는 크로스 빔 광 트랩 비 간섭 페르미 가스 파라 냉각 실험 프로토콜을 제시한다. 이 프로토콜의 중요한 단계를 포함한다 : 첫째로, 광학 포획 페르미 기체가 트랩 깊이를 낮추어 축퇴 온도 근처로 냉각 될 필요가있다. 둘째, 변조 주파수가 포착 전위의 부조화 성분과 공진하다 선택된다. 셋째, 트래핑 빔의 강도는 원자 구름을 냉각하고, 변조시에 구름 에너지 의존성을 측정하기 위해 변조된?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
The authors have nothing to disclose. Specific product and company citations are for the purpose of clarification only and are not an endorsement by the authors.
We thank Ji Liu and Wen Xu for involving in the experimental setup. Le Luo is a member of the Indiana University Center for Spacetime Symmetries (IUCSS). This work was supported by IUPUI and IUCRG.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
500 mW 671 nm ECDL | Toptica | TA Pro | Quantity: 1 |
35 mW 671 nm ECDL | Toptica | DL-100 | Quantity: 1 |
671 nm AOM | Isomet | 1206C | Quantity: 3 |
671 nm AOM Driver | Isomet | 630C-110 | Quantity: 3 |
100 W 1,064 nm CW laser | IPG photonics | YLR-100-1064-LP | Quantity: 1 |
1,064 nm AOM | IntraAction | ATM-804DA6B | Quantity: 1 |
1,064 nm AOM Driver | IntraAction | ME-805EH | Quantity: 1 |
Arbitrary Function Generator | Agilent | 33120A | Quantity: 3 |
Digital I/O Board | United Electronic Industries | PD2-DIO-128 | Quantity: 1 |
System Design Platform | National Instruments | LabVIEW | Quantity: 1 |
Analog Voltage Output Device | Measurement Computing | USB-3104 | Quantity: 1 |
CCD Camera | Hamamatsu | Orca R2 | Quantity: 1 |
Arbitrary Pulse Generator | Quantum Composer | 9618+ | Quantity: 1 |
Analog Voltage Output Device | Measurement Computing | USB-3104 | Quantity: 1 |
20 A power supply | Quantity: 1 | ||
10 A power supply | Quantity: 1 | ||
120 A power supply | Quantity: 2 | ||
Cooling Fans | Quantity: depends on apparatus design | ||
671 nm Mirrors | Quantity: depends on apparatus design | ||
671 nm Half-wave Plate | Quantity: depends on apparatus design | ||
671 nm Quarter-wave Plate | Quantity: depends on apparatus design | ||
500 mW Beam Shutter | Quantity: depends on apparatus design | ||
671 nm Lenses | Quantity: depends on apparatus design | ||
Faraday Isolator | Quantity: 2, one for each ECDL | ||
671 nm Polarizing Beam Splitter | Quantity: depends on apparatus design | ||
Photodetector | Thorlabs | SM05PD1A | Quantity: 1 |
Multiplexer | Analog Devices | ADG409 | Quantity: 1 |
Multiplexer | Analog Devices | ADG408 | Quantity: 2 |
1,064 nm plano-concave lens | Quantity: 1 for beam reducer | ||
1,064 nm plano-convex lens | Quantity: 1 for beam reducer | ||
1,064 nm Mirrors | Quantity: depends on apparatus design | ||
1,064 nm Half-wave Plates | Quantity: depends on apparatus design | ||
1,064 nm Lenses | Quantity: depends on apparatus design | ||
1,064 nm Thin Film Polarizer | Quantity: 1 | ||
100 W, 1,064 nm Beam Dump | Quantity: 1 | ||
100 W, 1,064 nm Power Meter | Quantity: 1 | ||
RF Function Generator | Rigol | DG4162 | Quantity: 1 |
RF Power Amplifier | Mini-Circuits | ZHL-100W-GAN+ | Quantity: 1 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
JoVE'article의 텍스트 или 그림을 다시 사용하시려면 허가 살펴보기
허가 살펴보기This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유