Cewka spowalniacza

Schemat spowalniacza został przedstawiony na Rys. 3.10. Rys. 3.11 przed-stawia zdjęcie spowalniacza zamontowanego na aparaturze próżniowej. Spo-walniacz nakładany jest na rurę próżniową CF16. Zastosowanie przeciętej flanszy (którą można zdemontować do nałożenia spowalniacza na rurę) na jednym końcu rury umożliwiło zmniejszenie średnicy uchwytu na cewki spo-walniacza. Uzwojenie nawinięte jest na konstrukcję, składającą się z dwóch miedzianych rur, między którymi płynie woda chłodząca uzwojenie. Uzwoje-nie, wykonane z miedzianego drutu (średnica z emalią 1,06 mm), nawinięte jest bezpośrednio na miedzianą rurę o średnicy 32 mm. Każda kolejna war-stwa uzwojenia oddzielona jest papierem izolacyjnym i lakierem elektroizola-cyjnym Izolak. W końcowej części spowalniacza została nawinięta dodatkowa część z wykorzystaniem drutu o średnicy 1,67 mm. To dodatkowe uzwojenie ma na celu wytwarzanie wystarczająco dużego gradientu pola magnetyczne-go na końcu spowalniacza poprzez zastosowanie w nim dużemagnetyczne-go prądu. Z dwóch powodów w konstrukcji spowalniacza zastosowano osłonę

magne-Rysunek 3.10:Schemat prezentujący spowalniacz zeemanowski dla atomów stron-tu. Zastosowano chłodzenie wodą oraz dodatkową małą sekcję cewek na końcu z dużym prądem w celu wytworzenia odpowiednio dużego gradientu pola magnetycz-nego.

Rysunek 3.11: Zdjęcie zainstalowanego spowalniacza. Górna połówka osłony ma-gnetycznej jest zdjęta.

tyczną otaczającą cewki. Pierwszym jest konieczność odizolowania zimnych atomów poddawanych spektroskopii na przejściu zegarowym od wszelkich zewnętrznych pól magnetycznych. Drugim powodem jest możliwość zwięk-szenia gradientu pola magnetycznego na krańcach spowalniacza (w bezpo-średnim sąsiedztwie ścian osłony). Analogicznie jak w przypadku ładunku przy powierzchni przewodnika w metodzie obrazów stosowanej w elektrosta-tyce, osłona magnetyczna może być potraktowana jak lustro dla pola ma-gnetycznego. Oznacza to, że pole magnetyczne przy zastosowaniu osłon

zo-Rysunek 3.12:Zmierzone pole magnetyczne z osłonami oraz bez osłon magnetycz-nych po nawinięciu pierwszej części spowalniacza. Profil pola magnetycznego na początku spowalniacza w rzeczywistym układzie (czarna i czerwona krzywa) został specjalnie zmodyfikowany w stosunku do pierwotnie obliczonego, gdyż z symulacji zachowania się atomów wynikało, że układ działa lepiej w takiej konfiguracji. Bar-dziej wydajne spowalnianie w tej części jest mniej stabilne, za to pozwala spowolnić szybsze atomy.

Rysunek 3.13: Na wykresie przedstawiono oczekiwany profil pola magnetyczne-go, symulowane pole wytwarzane przez cewki (w obecności osłon magnetycznych) wraz z porównaniem z polem zmierzonym. Zmierzone pole zostało przedstawione dla dwóch wartości prądu I2, dla konfiguracji z dodatkową cewką na końcu spowal-niacza.

stanie zwiększone na krańcach. Zastosowana osłona, wykonana przez firmę Magnetic Shield składa się z dwóch warstw: pierwszej wykonanej z czystego żelaza oraz drugiej z mumetalu. Warstwy te oddalone są od siebie o 6 mm. Wewnętrzna warstwa wykonana jest z żelaza, gdyż przy używanych polach magnetycznych mumetal by się nasycił i nie spełniałby swojej funkcji pra-widłowo. Osłona, składająca się z dwóch elementów, nakładana jest od góry i dołu na cewkę spowalniacza zeemanowskiego. Na Rys. 3.11 widoczna jest jedna połowa osłony. Osłona magnetyczna nie jest pełna, gdyż na osi spo-walniacza znajdują się otwory na rurę próżniową.

Nawijanie cewek odbyło się w dwóch etapach. Najpierw została nawinięta część uzwojenia przeznaczona do pracy z prądem I1=3 A. Następnie zmierzo-ne zostało wytwarzazmierzo-ne pole magzmierzo-netyczzmierzo-ne (Rys. 3.12), zarówno w obecności osłony magnetycznej, jak i bez niej. Pomiar został wykonany miernikiem pola magnetycznego Lake Shore 410 (z głowicą HA-3223 ), z rozdzielczością 1 G dla pól powyżej 200 G i 0,1 G dla pól <200 G.

Pomiar pola z osłoną i bez niej pozwolił na zbadanie jej wpływu na kształt pola magnetycznego. Symulacje pokazały, że chociaż wpływ osłon magne-tycznych nie jest możliwy do dokładnego wymodelowania przez prostą ana-logię do lustra dla pola magnetycznego, najlepsze rezultaty przyniosło zało-żenie współczynnika odbicia ok. 75%. Po upewnieniu się, że matematyczny model spowalniacza dobrze opisuje rzeczywisty układ, nawinięte zostało do-datkowe uzwojenie mające wytworzyć duży gradient pola na końcu spowal-niacza. W związku z trudnym do przewidzenia wpływem osłon założono, że ta dodatkowa część będzie służyła do precyzyjnego dostrojenia pola magne-tycznego poprzez regulację prądu I2.

Na Rys. 3.13 przedstawione zostało pole magnetyczne wytwarzane przez zbu-dowany układ dla dwóch różnych wartości prądu I2 dodatkowego uzwojenia. Widać, że dla zwiększonej wartości prądu I2 = 14A wytwarzane pole dobrze odpowiada symulowanemu. Na Rys. 3.14 przedstawione zostało porówna-nie pola symulowanego oraz zmierzonego w przypadku braku osłon. Widać doskonałą zgodność świadczącą o dobrym działaniu zastosowanego modelu cewki składającej się z uzwojenia z prądem I1 = 3A i I2 = 10A.

Rysunek 3.14: Porównanie symulowanego pola magnetycznego dla układu bez osłon magnetycznych z wynikami pomiaru, potwierdzono bardzo dobre działanie modelu cewek.

Rysunek 3.15:Symulacja obrazująca zachowanie się atomów z różnymi prędkościa-mi początkowyprędkościa-mi w rzeczywistym polu magnetycznym wytwarzanym przez układ. Końcowa prędkość 31 m/s jest optymalna ze względu dalszą drogę, którą atomy muszą jeszcze pokonać do centrum pułapki MOT i prędkość wychwytu pułapki. Symulacja dla prądu I1=3 A i I2=14 A

Aby zbadać działanie spowalniacza, przeprowadzono symulację, w której w pole wytwarzane przez rzeczywisty układ wprowadzano atomy z różnymi prędkościami początkowymi i analizowano ich spowalnianie. Wyniki zosta-ły przedstawione na Rys. 3.15. Widać, że spowalniacz wyłapuje atomy od prędkości 447 m/s i spowalnia je do prędkości ok. 31 m/s. Prędkość wychwy-tu pułapki MOT jest rzędu 50 m/s. Dokładniejsze kontrolowanie prędkości końcowej w niewielkim zakresie możliwe jest poprzez zmianę prądu I2.