Name: in situ measurement of vacuum window birefringence using 25mg+ fluorescence
Uploaded: 2020-06-13T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Situ Measurement of Vacuum Window Birefringence using 25Mg+ Fluorescence at JoVE.com

Эта работа была частично поддержана Национальной ключевой программой НИОКР Китая (Grant No 2017YFA0304401) и Национальным фондом естественных наук Китая (Grant Nos. 11774108, 91336213 и 61875065).

1. Настройка ориентиров для поляризаторов A и B
<ol><li>Поместите поляризатор А и поляризатор B в траекторию лазерного луча (280 нм четвертого гармонического лазера).</li>
	<li>Убедитесь, что лазерный луч перпендикулярен поверхностям поляризаторов, тщательно регулируя держатели поляризаторов, ч...

<ol>
	<li>Robens, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Precision+Optical+Polarization+Synthesizer+for+Ultracold-Atom+Experiments.">High-Precision Optical Polarization Synthesizer for Ultracold-Atom Experiments.</a> Physical Review A. 9 (3), 34016 (2018).</li><li>Cairncross, W. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+Measurement+of+the+Electron's+Electric+Dipole+Moment+Using+Trapped+Molecular+Ions.">Precision Measurement of the Electron's Electric Dipole Moment Using Trapped Molecular Ions.</a> Physical Review Letters. 119 (15), 153001 (2017).</li><li>Bougas, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+cavity-enhanced+polarimetry+for+parity-nonconserving+optical+rotation+measurements:+Application+to+Xe,+Hg,+and+I.">Fundamentals of cavity-enhanced polarimetry for parity-nonconserving optical rotation measurements: Application to Xe, Hg, and I.</a> Physical Review A. 89 (5), 52127 (2014).</li><li>Bragin, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Energy+Vacuum+Birefringence+and+Dichroism+in+an+Ultra-strong+Laser+Field.">High-Energy Vacuum Birefringence and Dichroism in an Ultra-strong Laser Field.</a> Physical Review Letters. 119 (25), 250403 (2017).</li><li>Nicholson, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+evaluation+of+an+atomic+clock+at+total+uncertainty.">Systematic evaluation of an atomic clock at total uncertainty.</a> Nature Communications. 6, 6896 (2015).</li><li>Roos, C. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Revealing+Quantum+Statistics+with+a+Pair+of+Distant+Atoms.">Revealing Quantum Statistics with a Pair of Distant Atoms.</a> Physical Review Letters. 119 (16), 160401 (2017).</li><li>Saulius, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-efficiency+optical+transfer+of+torque+to+a+nematic+liquid+crystal+droplet.">High-efficiency optical transfer of torque to a nematic liquid crystal droplet.</a> Applied Physics Letters. 82, 4657 (2003).</li><li>Zhu, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Absolute+polarization+measurement+using+a+vector+light+shift.">Absolute polarization measurement using a vector light shift.</a> Physical Review Letters. 111 (24), 243006 (2013).</li><li>Steffen, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Note:+In+situ+measurement+of+vacuum+window+birefringence+by+atomic+spectroscopy.">Note: In situ measurement of vacuum window birefringence by atomic spectroscopy.</a> Review of Scientific Instruments. 84 (12), 126103 (2013).</li><li>Yuan, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+for+in+situ+measurement+of+vacuum+window+birefringence.">A simple method for in situ measurement of vacuum window birefringence.</a> Review of Scientific Instruments. 90 (11), 113001 (2019).</li><li>Xu, Z. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+measurement+of+the+25Mg++ground-state+hyperfine+constant.">Precision measurement of the 25Mg+ ground-state hyperfine constant.</a> Physical Review A. 96 (5), 052507 (2017).</li><li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+long-term+frequency+stabilized+deep+ultraviolet+laser+for+Mg++ions+trapping+experiments.">A long-term frequency stabilized deep ultraviolet laser for Mg+ ions trapping experiments.</a> Review of Scientific Instruments. 84 (12), 123109 (2013).</li><li>Yuan, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+measurement+of+the+light+shift+of+25Mg++ions.">Precision measurement of the light shift of 25Mg+ ions.</a> Physical Review A. 98 (5), 52507 (2018).</li><li>Loudon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Quantum Theory of Light, 3rd ed. , (2000).</li><li>Hu, Z. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+an+ultrahigh-sensitivity+atom-interferometry+absolute+gravimeter.">Demonstration of an ultrahigh-sensitivity atom-interferometry absolute gravimeter.</a> Physical Review A. 88 (4), 043610 (2013).</li></ol>

В этой рукописи описывается метод выполнения измерения на месте бирифринга вакуумного окна и состояния поляризации лазерного света внутри вакуумной камеры. Регулируя азимутные углы HWP и QWP (α и β), эффект бирифринга вакуумного окна (δ и θ) может быть компенсирован так, что лазер внутри ва...

Во многих научно-исследовательских областях,таких как эксперименты холодного атома 1,измерение электрического диполя момент 2, тестпаритета-неконсервации 3,измерение вакуумнойbirefringence 4 ,оптические часы 5,квантовая оптика эксперименты 6,и жидкокристаллическое исследование 7, важно точно измерить и точно контролировать состояния поляризации лазерного света.
В экспериментах, связанных с использованием вакуумной среды, стресс-индуцированного эффекта бирифринга вакуумных окон повлияет на состояния поляризации лазерного света. Не представляется возможным поместить анализатор поляризации внутри вакуумной камеры для непосредственного измерения состояний поляризации лазерного света. Одним из решений является использование атомов или ионов непосредственно в качестве анализатора поляризации на месте для анализа бирифринга вакуумных окон. Векторные световые сдвиги атомов Cs8 чувствительны к степеням линейной поляризации частотного лазерного света9. Но этот метод требует много времени и может быть применен только к линейно поляризованного обнаружения лазерного света.
Представлен новый, быстрый, точный, на месте метод для определения состояния поляризации лазерного света внутри вакуумной камеры на основе максимизации одного 25Мг флуоресценциив ионные ловушки. Метод основан на связи ионой флуоресценции с состояниями поляризации лазерного света, на которые влияет бирифрингность вакуумного окна. Предлагаемый метод используется для обнаружения бирифринга вакуумных окон и степеней круговой поляризации лазерного света внутри вакуумной камеры10.
Метод применим к любым атомам или ионам, скорость флуоресценции которых чувствительна к состояниям поляризации лазерного света. Кроме того, в то время как демонстрация используется для подготовки чистого кругового поляризованного света, с знанием бирифринга вакуумного окна, произвольные состояния поляризации лазерного света могут быть подготовлены внутри вакуумной камеры. Поэтому метод весьма полезен для широкого спектра экспериментов.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>280 nm Doppler cooling laser</td>
			<td>Toptica</td>
			<td>SYST DL-FHG Pro 280</td>
			<td>Doppler cooling laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>285 nm ionization laser</td>
			<td>Toptica</td>
			<td>SYST DL-FHG Pro 285</td>
			<td>ionization laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ablation laser</td>
			<td>Changchun New Industries Optoelectronics Technology</td>
			<td>EL-532-1.5W</td>
			<td>Q-switched Nd:YAG laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AOM</td>
			<td>Gooch &#38; Housego</td>
			<td>AOMO 3200-1220</td>
			<td>wavelengh down to 257 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMCCD camera</td>
			<td>Andor</td>
			<td>iXon3 897</td>
			<td>imaging of 25Mg+ in ion trap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glan-Taylor polarizer</td>
			<td>Union Optic</td>
			<td>Custom</td>
			<td>distinction ratio 1e-6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Half waveplate</td>
			<td>Union Optic</td>
			<td>Custom</td>
			<td>made of quartz</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photon multiplier tube</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>H8259-09</td>
			<td>fluorescent counting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power meter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PM100D</td>
			<td>laser power monitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quarter waveplate</td>
			<td>Union Optic</td>
			<td>Custom</td>
			<td>made of quartz</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mirror</td>
			<td>Union Optic</td>
			<td>Custom</td>
			<td>dielectric coated for 280 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stepper motor roation stage</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>K10CR1/M</td>
			<td>rotating wave plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum chamber</td>
			<td>Kimball Physics</td>
			<td>MCF800-SphSq-G2E4C4</td>
			<td>made of Titanium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum window</td>
			<td>Union Optic</td>
			<td>Custom</td>
			<td>made of fused silica</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ measurement of vacuum window birefringence using 25mg+ fluorescence

Точный контроль состояния поляризации лазерного света имеет важное значение в экспериментах по точному измерению. В экспериментах, связанных с использованием вакуумной среды, стресс-индуцированного эффекта бирифринга вакуумных окон повлияет на состояния поляризации лазерного света внутри вакуумной системы, и это очень трудно измерить и оптимизировать состояния поляризации лазерного света на месте. Цель этого протокола состоит в том, чтобы продемонстрировать, как оптимизировать состояния поляризации лазерного света на основе флуоресценции ионов в вакуумной системе, и как рассчитать бирифрингность вакуумных окон на основе азимутных углов внешних волновых пластин с матрицей Мюллера. Флуоресценция 25Мг и ионов, индуцированных лазерным светом, который является резонансным с переходом No 32P3/2, F 4,м F и 4 <img align="center" alt="Equation 100" src="/files/ftp_upload/61175/61175img1.jpg" style="color: rgb(68, 0, 68); font-size: 18px; font-weight: 700;"> → | 32S1/2,F No3, mF No 3 чувствителенк <img align="center" alt="Equation 100" src="/files/ftp_upload/61175/61175img1.jpg" style="color: rgb(68, 0, 68); font-size: 18px; font-weight: 700;">   состоянию поляризации лазерного света, и максимальная флуоресценция будет наблюдаться с чистым круговым поляризованным светом. Сочетание полуволновых пластин (HWP) и четвертьволновых пластин (ЗВП) может достичь произвольной фазовой задержки и используется для компенсации бирифринга вакуумного окна. В этом эксперименте, состояние поляризации лазерного света оптимизировано на основе флуоресценции 25Мг иона с парой HWP и QWP за пределами вакуумной камеры. Регулируя азимутные углы HWP и QWP, чтобы получить максимальную ионную флуоресценцию, можно получить чистый круговой поляризованный свет внутри вакуумной камеры. С помощью информации об азимутных углах внешних HWP и QWP можно определить бирифрингность вакуумного окна.

На рисунке 3 показан путь луча эксперимента. Поляризатор B на рисунке 3a удаляется после инициализации угла(рисунок 3b). Лазер прошел через поляризатор, HWP, QWP, и вакуумное окно, последовательно. Стокс векто...

Watch this Scientific Journal Video about In Situ Measurement of Vacuum Window Birefringence using 25Mg+ Fluorescence at JoVE.com

In Situ Measurement of Vacuum Window Birefringence using 25Mg+ Fluorescence

Представлен здесь метод для измерения birefringence вакуумных окон путем максимизации флуоресценции рассчитывает испускаемых Doppler охлаждается 25Мг ионов в ионные ловушки. Бирифрингность вакуумных окон изменит состояния поляризации лазера, что может быть компенсировано изменением азимутных углов внешних волновых пластин.

В Situ Измерение вакуумного окна Birefringence с использованием 25Мги флуоресценции

Accurate control of the polarization states of laser light is important in precision measurement experiments. In experiments involving the use of a vacuum ...

Метод, представленный здесь, может быть использован для компенсации в birefringence вакуумных окон, для создания чисто поляризованного света, внутри вакуумной камеры. Он может иметь много применений в продолжениях экспериментов с участием холодных атомов или ионов. Основным преимуществом этой техники является то, что не атомы или ионы используются не только в качестве объектов, которые необходимо начать, но и в качестве детекторов поляризации на месте.Таким образом, мы можем избежать сдачи анализатор поляризации в вакуумную систему. Демонстрация процедуры будет Вэнь Хао Yuan, инженер из нашей лаборатории, Чжи Yu Ma и Пэн Хао, два аспиранта из нашей лаборатории. Чтобы настроить справочные направления для поляризаторов A и B, поместите поляризаторы на путь 280 нанометров четвертого гармонического лазерного луча и тщательно отрегулируйте держатели поляризаторов, чтобы задний свет отражения совпадал с светом инцидента, чтобы лазерный луч был перпендикулярен поляризаторным поверхностям.Поместите счетчик мощности позади поляризатора А и поверните поляризатор, чтобы максимизировать выходную мощность. Запись угол поляризатора A stepper Motor Rotation Stage и мощность за поляризатором А, по счетчику мощности. Затем поместите счетчик мощности позади поляризатора B и поверните поляризатор B, чтобы максимизировать мощность вывода.Загите угол поляризатора B, stepper Motor Rotation Stage и мощность за поляризатором B, по счетчику мощности. Чтобы настроить ориентиры для азимутных углов волновых пластин, поместите полуволновую пластину в траекторию луча между поляризаторами и поверните волновую пластину, чтобы максимизировать выходную мощность. Используйте счетчик мощности за поляризатором B, чтобы записывать углы вращения и выход лазерных мощностей.Поместите четвертьволновую пластину в траекторию луча между полуволневой пластиной и поляризатором B и поверните четвертьволновую пластину, чтобы максимизировать выходную мощность. Используйте счетчик мощности за поляризатором B, чтобы записывать углы вращения и выход лазерных мощностей. Затем удалите поляризатор B и счетчик мощности с пути луча.Используйте два зеркала, чтобы направить лазерный луч в вакуумную камеру, в котором находится ионная ловушка, чтобы взаимодействовать с ионами магния-25. Для доплеровского охлаждения одиночных ионов магния-25 сначала повернулся лазер абляции 532 нанометров и лазер ионизация 285 нанометров. Чтобы убедиться, что только один ион оказался в ловушке ионов, посмотрите на изображение электронного умноженного заряженного соединенного устройства.Атомы магния имеют три изотопа, поэтому мы обязательно проанализируем изотопы магния-25, используя правильную частоту ионизации. Затем отрегулируйте HEM держит ток катушки, чтобы установить магнитное поле до 6,5 Галс. Чтобы зафиксировать частоту лазера охлаждения Доплера до счетчика длины волны, используйте счетчик частот для кожи частоту 280 нанометрового лазера и фотоновая трубка мультипликатора, используя счетчик длины волны для записи частоты лазера.Когда резонансная частота, с которой скорость флуоресценции достигает максимума, используйте цифровую программу управления сервоприводом, чтобы заблокировать частоту лазера до метра длины волны. Чтобы установить интенсивность лазера, чтобы равняться интенсивности насыщения, отрегулируйте мощность движения акусто-оптического модулятора, чтобы установить мощность лазера. Запись мощности и флуоресценции рассчитывает и использовать соответствующие уравнения, чтобы соответствовать кривой власти и флуоресценции рассчитывает, чтобы получить мощность насыщения.Затем отрегулируйте акусто-оптический модулятор движущей силы, чтобы установить мощность лазера до определенных мощности насыщения. Кроме того, отрегулируйте азимутные углы полу- и четвертьволновых пластин близко, чтобы максимизировать количество флуоресценции вручную и записывать, азимутал углы пластин, по их максимальным подсчетам. Затем используйте stepper Motor Rotation Stages для вращения пластин и записи углов вращения и соответствующих флуоресценций.Поскольку ион магния-25 имеет 48 уровней Земана, аналитические решения не могут быть получены из уравнений скорости. Эти данные, однако, могут быть смоделированы численной программой. Здесь показаны взаимосвязи между состояниями поляризации и флуоресценцией при различной интенсивности света, что указывает на то, что состояние поляризации света внутри вакуумной камеры для этого анализа было больше 0,999, когда количество флуоресценции было максимально.В этом положении, колебания флуоресценции кол был менее 2%Здесь, связь лазерной мощности и флуоресценции рассчитывает под различными частотами настройки D, показано. Планирование данных в кривые позволяет определить насыщенное значение мощности на каждой частоте. Путем фиксировать azimuthal угол одной пластины волны, вращая другую, и записывая углы и отсчеты флуоресценции, разницы между теоретическими и экспериментальными результатами, можно оценить.В этом анализе теоретические и экспериментальные данные были тесно совпадают, демонстрируя надежность метода. При вводе поляризаторов и волновых пластин в лазерные пути, помните, что лазерный луч должен быть перпендикулярно поверхностям на каждом элементе поляризации. Как birefringence или окно зависит от температуры, мы можем использовать этот простой и быстрый метод, чтобы компенсировать некоторые эффекты в режиме реального времени, для вашей обратной связи две волновые пластины.Этот метод обеспечивает измерение для получения измерений, бирифринга окон в вакуумных полях, таких как оптические часы и эксперименты.

Research

JoVE Journal

Engineering

In Situ Measurement of Vacuum Window Birefringence using 25Mg+ Fluorescence

Measurement of Coherence Decay in GaMnAs Using Femtosecond Four-wave Mixing

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, ...

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

В Ситу нейтронной порошковой дифракции Использование пользовательских производства литий-ионных батарей

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

Разработка экспериментальной установки для измерения коэффициента восстановления в условиях вакуума

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Без косточек Рост Висмут Nanowire массив с помощью вакуумного термического испарения

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Оптическая ловушка Загрузка Диэлектрические микрочастицами In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

Производство и характеристика пылесос на хранение органических светоизлучающих диодов

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

Изготовление процедуры и двулучепреломления измерения для проектирования магнитно реагировать лантаноиды Ион Хелатирующие фосфолипидного сборок

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Методы Ex Situ и In Situ исследования структурных преобразований: В случае кристаллизации металлических стекол

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

Разработка метода бесконтактной резонансной полости Dielectric Спектроскопические исследования целлюлозной бумаги

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

Измерение температуры поверхности situ в печи конвейерной ленты с помощью инфракрасной термографии

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...