[論文レビュー] Optical transport of ultracold atoms using focus-tunable lenses

Julian Léonard, Moonjoo Lee+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2014

Orbital Angular Momentum in Optics被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、28 cmの距離をほぼ100％の効率で超低温87-Rb原子を輸送可能であり、微小なケルビン単位の加熱を伴う、焦点位置とウェストを動的に制御できる可変レンズを用いた光的輸送システムを提示する。このシステムは、一様なトラップ条件を維持し、焦点のずれを補正することで、量子技術に向けた耐障害性に富み、コンパクトかつ動的に再設定可能な光的トラップを実現する。

ABSTRACT

We present an optical setup with focus-tunable lenses to dynamically control the waist and focus position of a laser beam, in which we transport a trapped ultracold cloud of 87-Rb over a distance of 28 cm. The scheme allows us to shift the focus position at constant waist, providing uniform trapping conditions over the full transport length. The fraction of atoms that are transported over the entire distance comes near to unity, while the heating of the cloud is in the range of a few microkelvin. We characterize the position stability of the focus and show that residual drift rates in focus position can be compensated for by counteracting with the tunable lenses. Beyond being a compact and robust scheme to transport ultracold atoms, the reported control of laser beams makes dynamic tailoring of trapping potentials possible.

研究の動機と目的

• 焦点可変レンズを用いた超低温原子のためのコンパクトで耐障害性のある光的輸送システムの開発を目的とする。
• 輸送中にビームウェストと焦点位置の両方を動的に制御し、一様なトラップ条件を維持することを目的とする。
• 輸送中の原子の加熱を最小限に抑え、量子状態のコherencyを保持することを目的とする。
• リアルタイムでのレンズ調整を用いて、焦点位置に残存するずれを補正することを目的とする。
• 量子実験に向けた動的形状の光的トラップポテンシャルの実現可能性を示すこと。

提案手法

• レーザー光ビームのビームウェストと焦点位置を独立して制御できる焦点可変レンズの利用。
• ビームウェストを固定したまま焦点位置を可変にすることで、輸送路に沿って一様なトラップポテンシャルを維持する実装。
• リアルタイムフィードバックを用いて、焦点位置の残存ずれを検出し、可変レンズによる補正を実施。
• 28 cmの距離を輸送するためのテストシステムとして、87-Rb超低温原子クラウドの使用。
• 焦点の位置安定性とずれレートの測定を行い、能動的補償を可能にする。
• 可変レンズシステムを光的セットアップに統合し、光的ポテンシャルの動的形状調整を実現。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 焦点可変レンズを用いることで、輸送中にビームウェストを一定に保ちながら、焦点位置の動的制御が可能か？
• RQ2 この可変レンズを用いた光的輸送方式を用いた場合、超低温原子の輸送効率と加熱率はどの程度か？
• RQ3 リアルタイムでのレンズ制御により、残存する焦点のずれをどの程度補正できるか？
• RQ4 長距離輸送において、焦点位置の安定性と再現性はどの程度か？
• RQ5 このシステムにより、先進的な量子実験に向けた光的トラップポテンシャルの動的形状調整が可能か？

主な発見

• システムはほぼ100％の輸送効率を達成し、28 cmの距離を輸送する原子の割合が1に近づいた。
• 輸送中の原子の加熱は数マイクロケルビンの範囲で測定され、原子クラウドの励起が最小限に抑えられていることが示された。
• 焦点位置の残存ずれが検出され、リアルタイムでの可変レンズの調整により成功裏に補正された。
• ビームウェストを一定に保ちながら焦点位置をシフトさせることで、28 cmの全輸送路にわたり一様なトラップ条件を維持した。
• 焦点可変レンズの使用により、コンパクトで耐障害性に富み、動的に再設定可能な超低温原子の光的輸送が実現された。
• リアルタイムでのビーム制御により、光的トラップポテンシャルの動的形状調整の実現可能性が実証された。