Магнитооптическая ловушка для захвата и охлаждения атомов тулия

Внедрение: 2013 г.

E14-440 был применён в качестве управляющего модуля в экспериментальной установке, созданной в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН и подробно описанной в диссертации [1]. Установка осуществляет лазерное охлаждение и захват атомов тулия в магнитооптическую ловушку (МОЛ), работающую на переходе c длиной волны 410,6 нм. Установка измеряет основные параметры облака холодных атомов тулия: температуру, число атомов, концентрацию атомов и время жизни, а также коэффициент ветвления охлаждающего перехода.

Упрощённая модель МОЛ показана на рисунке 1. Для каждого из базисных направлений трехмерного пространства используется пара лазерных лучей с соответствующими поляризациями. Требуемое квадрупольное магнитное поле создается парой соосных катушек, токи в которых текут в противоположных направлениях.

Рисунок 1. Схема МОЛ. Синие стрелки обозначают лазерные пучки, черные стрелки указывают направление тока в антигельмгольцевских катушках.

На рисунке 2 представлена схема экспериментальной установки, а на рисунке 3 подробнее показана её вакуумная часть.

Рисунок 2. Схема экспериментальной установки. ТМН — турбомолекулярный насос Varian Turbo-V 301 Navigator; ФН — форвакуумный насос Varian SH-110; ТСЛ — кольцевой одночастотный титан-сапфировый лазер Coherent MBR 110; ЛН — лазер накачки Coherent Verdi V-10; ВУЧ — внутрирезонаторный удвоитель частоты Coherent MBD-200; ИДВ — интерференционный измеритель длины волны Angstrom WM5; ФЭУ — фотоэлектронный умножитель (Hamamatsu); ПЗС — ПЗС-камера SDU-205 фирмы СпецТелеТехника; АОМ — акустооптический модулятор света; λ/2 — полуволновая фазовая пластинка на 410,6 нм; λ/4 — четвертьволновая фазовая пластинка на 410,6 нм; ПДП — поляризационный делитель пучка. Область МОЛ откачивается ионно-геттерным насосом (на рисунке не изображен); Д1 и Д2 — диафрагмы, формирующие атомный пучок; Д3 — диафрагма, уменьшающая засветку ФЭУ; ЦТ — цилиндрический телескоп, исправляющий астигматизм лазерного пучка после удвоителя MBD.

В вакуумной части экспериментальной установки для создания дифференциального вакуума использовалась диафрагма Д1, расположенная между вакуумной камерой 1 и вентилем 11. Низковакуумная часть, состоящая из испарительной печи 5, привязочной кювета (не указана на рисунке 2) и зеемановского замедлителя 3, откачивались турбомолекулярным насосом (300 л/с) до давления 5·10^-7 мбар. Камера МОЛ 1 (высоковакуумная часть) откачивалась ионно-геттерным насосом (Varian Vaclon Plus 55) 2 до давления меньшего, чем 5·10^-9 мбар. 

Рисунок 3. Схема вакуумной части установки. 1 — основная вакуумная камера; 2 — ионно-геттерный насос; 3 — зеемановский замедлитель; 4 — антигельмгольцевские катушки МОЛ; 5 — испарительная печь; 6 — контур водяного охлаждения; 7,8 — датчики вакуума Varian FRG702; 9 — лазерный пучок зеемановского замедлителя; 10 — лазерные пучки МОЛ; 11 — вентиль; 12 — крест, используемый, в том числе, для юстировки пучка зеемановского замедлителя; 13 — порт для подключения ПЗС-камеры; 14 — порт для подключения ФЭУ.

Управление всеми частями установки (включение/выключение АОМов и магнитного поля, сигнал запуска ПЗС-камеры) осуществлялось с помощью ТТЛ-импульсов, которые генерировались универсальным внешним модулем ввода/вывода E14-440 c использованием его сигнального процессора ADSP-2185M и интерфейса обмена данными с ПК. Для сигнального процессора была написана программа, позволяющая синтезировать ТТЛ-импульсы длительностью от 100 мкс до 6 с с точностью лучше, чем 10 мкс и длительностью фронта < 100 нс. Она состоит из микропрограммы для ADSP-2185M, которая загружается в E14-440, и графического интерфейса (рисунок 3), позволяющего управлять генератором импульсов с ПК.

Рисунок 4. Внешний вид компьютерного интерфейса для управления генератором импульсов на основе E14‑440.

Источник:
Сукачёв Д.Д. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук «Лазерное охлаждение атомов тулия». – М. – 2013. – 107 с.

Разработчик: Сукачёв Денис Дмитриевич (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН)