7.3 Tor optyczny lasera master
Wi ˛azka po wyj´sciu ze wzmacniacza układu MOPA1 ma moc ok. 970 mW. Wi ˛azka ta trafia na teleskop 1:1 utworzony z dwóch soczewek o ogniskowej +50 mm, wewn ˛atrz które-go blisko ogniska umieszczona jest elektromechaniczna przesłona 2.4, słu˙z ˛aca do przesła-niania wi ˛azki w czasie "ciemnych" etapów chłodzenia. Po przej´sciu przez teleskop wi ˛azka dzielona jest na cztery cz˛e´sci za pomoc ˛a trzech polaryzacyjnych kostek ´swiatłodziel ˛acych PBS4, PBS5 i PBS6. Przed ka˙zd ˛a z kostek umieszczona jest półfalówka, umo˙zliwiaj ˛aca wła´sciwy podział mocy wi ˛azki.
POMPOWANIE OPTYCZNE DO UKŁADU DFDL DETEKTOR ST ABILIZACJA DOLNY MOT GÓRNY MOT DO DOLNEJ PUŁAPKI MOT DO GÓRNEJ PUŁAPKI MOT FILTR POMPOW ANIE OPTYCZNE TRANSFER + FOT O OBRAZOWANIA 2.1
Rys. 7.4: Schemat toru optycznego wi ˛azki pułapkuj ˛aco-chłodz ˛acej na głównym stole optycznym. Widok z góry. Oznaczenia na tym i kolejnych schematach torów optycznych: λ/2 – półfalówka, λ/4 – ´cwier´cfa-lówka, PBS – kostka polaryzuj ˛aca ´swiatłodziel ˛aca, fiber in – wej´scie do ´swiatłowodu, fiber out – wyj´scie ´swiatłowodu. Ciemnoniebieskim kolorem zaznaczono przesłony.
Na kostce PBS4 od wi ˛azki głównej oddzielana jest wi ˛azka, która w dalszej cz˛e´sci toru optycznego dzieli si˛e na trzy wi ˛azki pułapkuj ˛aco-chłodz ˛ace, współtworz ˛ace górn ˛a pu-łapk˛e MOT. Wi ˛azka ta przechodzi przez AOM3, który pracuje na cz˛esto´sci 80 MHz w po-jedynczym przej´sciu. Za pomoc ˛a przesłonki wybierana jest wi ˛azka w +1 rz ˛adzie dyfrakcji. Jej moc po przej´sciu przez AOM3 (za przesłonk ˛a) wynosi 104 mW. Nast˛epnie wi ˛azka za pomoc ˛a dwóch luster 45◦ kierowana jest na górny stolik, gdzie teleskopem zło˙zonym z soczewek o ogniskowych +50 mm i +500 mm, odległych od siebie o 55 cm jest po-wi˛ekszana dziesi˛eciokrotnie. Po powi˛ekszeniu ´srednica wi ˛azki wynosi 17 mm. Wewn ˛atrz teleskopu powi˛ekszaj ˛acego wi ˛azka przechodzi przez półfalówk˛e, za pomoc ˛a której usta-la si˛e jej pousta-laryzacj˛e liniow ˛a pionow ˛a tak, by przez polaryzacyjn ˛a kostk˛e ´swiatłodziel ˛ac ˛a PBS18 (por. rys. 7.7a na stronie 88) przechodziło maksimum mocy. Kostka PBS18 słu-˙zy do zmieszania wi ˛azek pułapkuj ˛aco-chłodz ˛acej oraz repompuj ˛acej trafiaj ˛acych do górnej pułapki MOT1.
Na kostce PBS22 oddzielana jest pierwsza z wi ˛azek kierowanych do górnej pułapki MOT1. Kolejna wi ˛azka odł ˛aczana jest na kostce PBS23, natomiast ostatnia z wi ˛azek kie-rowana jest do pułapki MOT1 poprzez lustro 45◦. Moce wszystkich trzech wi ˛azek s ˛a sobie równe i wynosz ˛a 17 mW.
Na polaryzacyjnej kostce ´swiatłodziel ˛acej PBS5 od głównej wi ˛azki odł ˛aczana jest wi ˛azka pułapkuj ˛aco-chłodz ˛aca kierowana do dolnej pułapki MOT2. Tu˙z za kostk ˛a PBS5 moc wi ˛azki wynosi 635 mW. Wi ˛azka przechodzi przez soczewk˛e o ogniskowej +500 mm i AOM2, na który podawany jest sygnał o cz˛estotliwo´sci 80 MHz. Sygnał ten generowa-ny jest poprzez programowalgenerowa-ny syntetyzer. Spo´sród ugi˛etych wi ˛azek wybierana jest przez przesłonk˛e wi ˛azka w +1 rz˛edzie dyfrakcji. Nast˛epnie wi ˛azka ta kierowana jest poprzez półfalówk˛e oraz układ dwóch lusterek do ´swiatłowodu jednomodowego zachowuj ˛acego polaryzacj˛e. Zastosowanie ´swiatłowodu ma na celu filtracj˛e przestrzenn ˛a wi ˛azki. Mimo, ˙ze rozwi ˛azanie to wi ˛a˙ze si˛e ze stratami mocy si˛egaj ˛acymi 50%, to znacznie poprawia kształt
7.3. TOR OPTYCZNY LASERA MASTER 83 wi ˛azki nadaj ˛ac jej w przekroju kształt gaussowski. Moc wi ˛azki na wej´sciu ´swiatłowodu wynosi 490 mW, natomiast na jego wyj´sciu 230 mW.
Po przej´sciu przez ´swiatłowód wi ˛azka trafia na teleskop powi˛ekszaj ˛acy składaj ˛acy si˛e z soczewek o ogniskowych +50 mm i +500 mm, wewn ˛atrz którego znajduje si˛e przesło-na 2.1, pozwalaj ˛aca na wył ˛aczanie wi ˛azek pułapkuj ˛aco-chłodz ˛acych i chłodz ˛acych w dol-nej pułapce MOT2. Po dziesi˛eciokrotnym powi˛ekszeniu wi ˛azka trafia na półfalówk˛e, za pomoc ˛a której wybierana jest polaryzacja liniowa pionowa. Nast˛epnie wi ˛azka pada na po-laryzacyjn ˛a kostk˛e ´swiatłodziel ˛ac ˛a PBS8, na której mieszana jest z wi ˛azk ˛a repompuj ˛ac ˛a. Za kostk ˛a PBS8 nast˛epuje podział na sze´s´c wi ˛azek tworz ˛acych układ trzech par wi ˛azek prze-ciwbie˙znych, wzajemnie prostopadłych. Ka˙zda z wi ˛azek odł ˛aczana jest z głównej wi ˛azki poprzez układ płytka półfalowa + polaryzuj ˛aca kostka ´swiatłodziel ˛aca i kierowana jest do komory dolnej poprzez ´cwier´cfalówk˛e oraz układ dwóch luster umo˙zliwiaj ˛acy justowanie układu. Moce wi ˛azek przy wej´sciu do komory dolnej s ˛a sobie równe i wynosz ˛a 20 mW.
Ostatnia z wi ˛azek przechodzi przez kostk˛e polaryzacyjn ˛a ´swiatłodziel ˛ac ˛a PBS14, na której jest mieszana z wi ˛azk ˛a wykorzystywan ˛a do pompowania optycznego.
7.3.1 Pompowanie optyczne
Na kostce polaryzuj ˛acej PBS6 nast˛epuje oddzielenie wi ˛azki u˙zywanej do pompo-wania optycznego. Pompowanie optyczne jest niezb˛edne w celu wyboru odpowiednie-go poziomu zeemanowskieodpowiednie-go pułapkowanych atomów. W eksperymentach przeprowadzo-nych w ramach niniejszej pracy był to stan |F = 2, mF = 2i. Pomini˛ecie fazy pompowa-nia optycznego powodowałoby znaczne straty liczby atomów przy przeładowaniu chmury z pułapki magnetooptycznej MOT2 do pułapki magnetycznej MT.
Moc wi ˛azki tu˙z za kostk ˛a PBS6 wynosi 2,85 mW. Wi ˛azka ta jest powi˛ekszana przez układ teleskopowy dwóch soczewek o ogniskowych +150 mm i +1000 mm. Pomi˛edzy soczewkami wi ˛azka przechodzi przez AOM4 pracuj ˛acy w pojedynczym przej´sciu na
cz˛e-stotliwo´sci 133 MHz, przesłonk˛e, poprzez któr ˛a wybierana jest wi ˛azka ugi˛eta w -1 rz ˛ad widma, przesłon˛e 1.3 oraz filtr szary osłabiaj ˛acy wi ˛azk˛e. Za filtrem moc wi ˛azki wynosi 130 µW. Dodatkowo pomi˛edzy soczewkami teleskopu wi ˛azka przechodzi przez półfalów-k˛e, za pomoc ˛a której ustala si˛e moc wi ˛azki trafiaj ˛acej do pułapki. Po powi˛ekszeniu wi ˛azka trafia na kostk˛e polaryzuj ˛ac ˛a ´swiatłodziel ˛ac ˛a PBS14, gdzie jest mieszana z jedn ˛a z sze-´sciu wi ˛azek pułapkuj ˛aco-chłodz ˛acych i kierowana poprzez układ dwóch luster do dolnej pułapki MOT2.
7.3.2 Wi ˛azka transferowa
Po podziałach na kostkach PBS 4, 5, 6 wi ˛azka jest ogniskowana za pomoc ˛a soczewki o ogniskowej +500 mm na szczelinie wej´sciowej AOM5, który pracuje w pojedynczym przej´sciu na cz˛estotliwo´sci 96 MHz. Za pomoc ˛a przesłonki wybierana jest wi ˛azka ugi˛eta w +1 rz ˛ad dyfrakcji. Wi ˛azka przechodzi nast˛epnie przez półfalówk˛e, po czym przez układ dwóch luster kierowana jest do jednomodowego ´swiatłowodu zachowuj ˛acego polaryzacj˛e. ´Swiatłowodem tym wi ˛azka kierowana jest na górny stolik, gdzie przechodzi przez kostk˛e polaryzuj ˛ac ˛a zamocowan ˛a obrotowo, umo˙zliwiaj ˛ac ˛a wybranie odpowiedniej polaryzacji, a nast˛epnie za pomoc ˛a półfalówki i kostki polaryzacyjnej ´swiatłodziel ˛acej PBS20 dzielona jest na dwie wi ˛azki: wi ˛azk˛e przepychaj ˛ac ˛a atomy z górnej do dolnej pułapki MOT2 oraz wi ˛azk˛e obrazuj ˛ac ˛a, umo˙zliwiaj ˛ac ˛a wykonywanie absorpcyjnych zdj˛e´c schłodzonej chmury oraz kondensatu BE.
Wi ˛azka transferowa przechodzi przez przesłon˛e 1.1, a nast˛epnie przez pionowy pe-ryskop kierowana jest na układ kształtuj ˛acy wi ˛azk˛e, który znajduje si˛e ponad górnym sto-likiem optycznym. Układ ten był przedstawiony schematycznie na rys. 4.1.