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光トラップ中での ボース凝縮体の運動

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光トラップ中での ボース凝縮体の運動 - PowerPoint PPT Presentation


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光トラップ中での ボース凝縮体の運動. 28aYA-10. 学習院大学 平野研究室 . 菊地夏紀  荒木幸治、江野高広、桑本剛、平野琢也. 概要. 研究内容. Gakushuin. Single-beam optical trap 中で BEC が波のような振る舞いを示した。なぜ?. 非調和ポテンシャル中 での BEC の振る舞い. Wave Guide への関連. Single optical trap 光学系. ρ. g. z. y. mirror. 半導体レーザー  845nm. Acromat lens. Coil. MOT Beam.

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Presentation Transcript
slide1
光トラップ中でのボース凝縮体の運動

28aYA-10

学習院大学 平野研究室 

菊地夏紀 荒木幸治、江野高広、桑本剛、平野琢也

slide2
概要

研究内容

Gakushuin

Single-beam optical trap中でBECが波のような振る舞いを示した。なぜ?

非調和ポテンシャル中でのBECの振る舞い

Wave Guideへの関連

slide3

Single optical trap 光学系

ρ

g

z

y

mirror

半導体レーザー 845nm

Acromat lens

Coil

MOT Beam

Cell

slide4

光トラップ

r

z

パラメーター

λ~ 845 nm (共鳴周波数780nm)P ~ 8.8 [mW]

w(1/e2 radius) ~ 2.3 [mm]

f = 200 [mm]

wρ0(1/e2radius) ~ 24 [μm]U0 ~ 1.9 [μK]

トラップ周波数

ωρ ~ 2π×271 [Hz]

ωz~ 2π×2.2 [Hz]

磁気トラップのトラップ周波数

ωρ~2π×155 [Hz]ωz~2π×15 [Hz]

ωρ/ ωz ~ 10

ωρ/ ωz ~ 120

slide5

実験方法

BEC

G

① 磁気トラップの中でBECを生成する

② ゆっくりとレーザーを重ねる

Resonant beam

③ 光だけによるトラップ

④ 自由落下させて、共鳴光を入れ吸収イメージング

slide6

実験データ ~ 光トラップ中のBECの時間発展

1.6mm

10ms

80ms

90ms

20ms

100ms

30ms

110ms

40ms

110ms

50ms

120ms

120ms

60ms

130ms

70ms

130ms

Time of Fright 17ms , Laser Power ~11mW,

Parameter

beam waist 10.5mm, Ramp up time 300ms

Trap time

G

slide7
光トラップ中での時間変化

0ms

20ms

40ms

60ms

2.5mm

トラップタイム変化を変化させたデータ

光トラップの閉じ込めが弱い為、拡散している

重力の効果により、ポテンシャルを    合わせる事が不可能

ωz=2π×15Hz

MT

ωz=2π×2.3Hz

OT

NaよりRbは4倍ほど重い

slide8

光トラップ初期の振動

8ms

1ms

5ms

22ms自由落下させ、初期のトラップ時間による落ちてきた場所の変化を調べた

Trap timeと重心の変化

Pixel

[5mm/pix]

1ms

G

Trap time [ms]

実効的なトラップ周波数  wr ~2p×170Hz

周期

~6ms

slide9

振動の原因

X

Z

②Uµ [(wMT + wOT)X]2 +2gX µ (X-B)2

G

B

③Uµ (wOTX)2+2gX µ (X-C)2

C

実験条件でポテンシャルがどのようになっているか を考えてみる

slide10

極小点の変位量と振動振幅

X

Z

G

B

C

極小点のへの変位量を求める

wMT =2p×150Hzで計算

wr ~ 2p×280Hz

B-C

0.81mm

トラップ初期のBECの振幅を求める

6msの逆数からwr =2p×170Hz

1.3±0.3mm

計算から

1.0±0.3mm

wr =2p×270Hz

slide11

波のようになる原因

37ms後の     振動回数

周波数

周期

周波数[Hz]

270Hz

270Hz

3.70ms

10回

260Hz

3.84ms

9.37回

260Hz

0.5mm

振動している場合を考える

振動

場所によってポテンシャルの違い

振動周期の違い

0.5mm

Trap time

70ms

約2/3周期遅れる

slide12

まとめ

光トラップ中のBECが横方向の振動を起こした

光トラップの中で、BECが閉じ込めの弱い方向に広がっている。また磁気トラップから光トラップに移したときに振動している。

光トラップは場所によってトラップ周波数が違う。それらのことを考えると、定性的に説明できる。

その他の可能性

レーザービームの位置ゆらぎ、アライメントの不完全性(軸がずれている等)

課題

定量的な評価

slide13

モデルの提案

X

Z

BEC

Axial FORT

Minimum line

振動しながら広がるモデル

軸が傾いているモデル

BECが光トラップと軸がずれていて、振動しながら広がるモデル

このモデルを確かめる目的の実験をしたが、結果は・・・

slide14

G-P方程式の数値計算

運動エネルギー演算子、ポテンシャル、平均場エネルギーをそれぞれ、 V(r)、Uとするとハミルトニアンは

で、初期状態Y(r,t0)の時間発展は

Split operator method

十分に短い時間に対して、簡単に時間発展を計算できる

traptime150ms

slide16
光トラップ

E2

d

w

E1

スピンによらずトラップできる

BECを光トラップ

光双極子力

原子のあるエネルギー準位に対し、離調d[Hz]を取った強度Iの電磁波が作るポテンシャル

離調を負にする

I

δ<0

強度の強い場所にトラップ可能

U

r

slide17

r

z

r

2

é

ù

I

(

r

)

U

2

µ

=

-

0

G

U

EXP

ê

ú

z

z

dip

2

d

+

2

{

+

}

2

1

(

/

z

)

w

1

(

/

z

)

ë

û

o

r

r

焦点がポテンシャルの底になる

強度がガウス分布したレーザーをレンズで絞る

2w0

強度分布

zr= kw20/2

P: レーザーパワー

ポテンシャル

代入

slide18

これからの課題

・アライメントの問題(CCDの解像度が5μm)

・片方からしかイメージングできない

・μm以下のオーダーでのレーザー制御

精密なパラメーター制御困難

3次元でのG-P方程式でのシュミレーション