Theses
PhD Theses:
Domagoj Kovačić,
Development of an optical frequency standard
Department of Physics, University of Zagreb
March 2023.
supervisor: Ticijana Ban
Extended abstract:
This thesis will be separated into six distinct chapters. Chapter 1 (which the reader is currently reading) covers the fundamentals of optical atomic clocks and introduces the terminology used in optical atomic clock physics such as accuracy, stability, fractional stability and so forth. Chapter 2 provides the theoretical background of the steps required to achieve clock operation. It will introduce the basics of Doppler cooling and magneto-optical traps, as well as properties of the strontium atom and its isotopes. It will then focus on methods used in cooling of two different strontium isotopes – the bosonic 88Sr and fermionic 87Sr. It will then move on to introduction of optical lattices, their magic wavelengths and atomic polarizabilities of clock states of the strontium atom. It finally finishes with high-precision spectroscopy of the clock transition in strontium and digital locking of the clock laser to the atomic line of the clock frequency. Chapter 3 presents measurements of photoionization cross sections of atomic states used in optical clock cycle of 88Sr. These photoionization cross sections where measured at the newly proposed blue magic wavelength. It will then present my own theoretical work on the study of feasibility of using blue magic wavelength optical lattice optical clocks. It will end by presenting my work of examining photoionization induced losses of atoms in blue magic wavelength optical lattice, the resulting constraints on blue magic wavelength lattice optical clocks and possible mitigation measures. Chapter 4 presents experimental work done by myself and other members of POZA group on redesign and upgrading of Sr 1 optical clock to enable simultaneous (and intermittent) operation of both the bosonic and fermionic optical clock. Chapter 5 presents results on my work on getting the fermionic optical clock in Sr 1 fully operational. It will examine the loading of the fermionic blue and red MOTs. Also, where feasible, it will make comparisons with its bosonic counterpart. Chapter 6 will present the evaluation of systematic shifts (accuracy budget) for the bosonic optical clock in Sr 1 as part of our international March 2022 campaign. Appendix A will show the work (in form of published articles) I’ve done (in collaboration with other members of the QT group) on cooling of 87Rb and 85Rb using a frequency comb, as well the examination of frequency-comb-induced radiation pressure force in dense atomic clouds.
Mateo Kruljac,
Cavity cooling and self-organization of atoms using an optical frequency comb
Department of Physics, University of Zagreb
December 2022.
supervisor: Ticijana Ban
Extended abstract:
In this thesis I present the results of research on two topics in the field of cold atomic ensembles interacting with laser light. In both cases we use a mode-locked femtosecond laser, whose spectrum generates a frequency comb (FC), to induce light forces on the atoms.
In the first part of the thesis, we investigate the FC-induced force in dense ensembles of cold atoms in free space. We report a modification of the light force compared to single-atom physics, which is a signature of collective effects. We conclude that the dominant contribution to the modification of the FC-induced force is the attenuation of beam intensity as it propagates through the cloud, according to the Beer-Lambert law. We show that the models developed for the interaction of cold atoms and continuous-wave (cw) lasers can be used to explain the measured FC force. The understanding of FC-induced force is significant for experiments employing FC cooling of atoms, and for demonstration of multi-mode quantum memories.
In the second part of the thesis, I present the results of interaction of cold atoms inside a high-finesse optical cavity, using cw and FC excitation in longitudinal geometry (pumping through the cavity mirrors). For the case of cw pump, we measured a bimodal spatial distribution of atoms, a clear signature of the interaction of atoms with the intra-cavity optical potential. To distinguish between cavity effects and the loading of atoms in a conservative lattice potential, we use numerical calculations, which simulate the experimental results very well. Using an FC in longitudinal geometry, we report on the interaction of cold atoms with a multitude of offresonant FC modes, seen as enhancement or reduction of transmitted FC light due to dispersive action of atoms. We also measured the effects of interaction in the spatial distribution of atoms, pointing to the possibility of a cavity-enhanced cooling, heating or trapping of atoms using offresonant FC modes. In the final part, we present the results of transversal pumping geometry using an FC. These results open a way to new research of developing and implementing cavity cooling and trapping techniques using multi-mode excitation.
Danijel Buhin,
Simultaneous laser cooling of multiple atomic species using a frequency comb
Department of Physics, University of Zagreb
November 2022.
supervisor: Damir Aumiler
Extended abstract:
In this thesis, I present the results of my work over the last five years at the Institute of Physics. I present the results of the theoretical calculation of the interaction of two counter-propagating pulse trains with six-level atoms. In the model, we calculate the radiation pressure force and the diffusion coefficient exerted on the atoms. The temperature of atoms is calculated using a Fokker-Planck equation. We present how frequency comb parameters affect the process of laser cooling. Results of the calculation suggest that the laser cooling with an FC is most effective when the single comb mode is red detuned from the cooling transition, and another comb mode is near-resonant with repumping transition in an atom.
I report on the experimental demonstration of the simultaneous cooling of two atomic species using a single frequency comb source in 1D. The repetition frequency is tuned so the comb modes are red detuned from cooling transitions of 85Rb and 87Rb atoms simultaneously. We generated dual-species MOT using standard cw laser cooling techniques and then in an additional cooling phase demonstrated simultaneous cooling with an FC.
I report on the experimental demonstration of the simultaneous cooling of two atomic species using a single frequency comb source in 1D. The repetition frequency is tuned so the comb modes are red detuned from cooling transitions of 85Rb and 87Rb atoms simultaneously. We generated dual-species MOT using standard cw laser cooling techniques and then in an additional cooling phase demonstrated simultaneous cooling with an FC.
Finally, I present the results of the EIT and QM measurements in 85Rb vapor. In the experiment, we used three different glass cells with different coatings and buffer gas filling. We measured the ground state decoherence rate for these three cells by measuring the width of the EIT resonance. Decoherence rate affects the properties of the QM storage time and efficiency. By increasing the temperature of vapor and exciting the EIT off-resonant from atomic transition. The best-achieved efficiency is 20:5 % and the longest achieved storage time is 1.2 ms.
Neven Šantić,
Synthetic Lorentz force for neutral cold atoms
Department of Physics, University of Zagreb
February 2018.
supervisor: Ticijana Ban
Extended abstract:
Presented in this thesis are results of research on two topics in the field of cold atoms.These topics are connected by the fact they both employ laser induced forces caused by momentum transfer from photons to atoms. In both cases the laser induced forces change the velocity distribution of the atomic ensemble. In the first part of the thesis a new way to implement a synthetic Lorentz force into a cold atomic gas is presented. The synthetic Lorentz force (SLF) is based on radiation pressure and the Doppler effect, making it straightforward to implement in a large volume, for a broad range of velocities, and can be extended to different geometries. The force is perpendicular to the velocity of an atom, and zero for an atom at rest. This SFL is experimentally demonstrated in a system of cold rubidium atoms in two scenarios: first, by observing the center-of-mass motion of a cold atomic cloud and second, by observing the angular deflection of a rotationally asymmetrical cloud when released from a magneto-optical trap. The introduction of synthetic magnetism into the system of cold thermal atoms makes it an excellent candidate to emulate numerous complex classical systems, for example a tokamak fusion reactor or a star. In the second part of the thesis, the possibility of laser cooling with a frequency comb (FC) is explored. For this purpose a scheme for full stabilization of a fiber based FC that does not require traditional self-referencing is developed and implemented; the repetition frequency is locked to a stable microwave reference while the offset frequency is indirectly stabilized by referencing the frequency comb to a continuous wave laser that is stabilized by polarization spectroscopy in rubidium vapor. The FC stabilized in this way is used to cool rubidium atoms on a dipole-allowed transition at 780 nm to sub-Doppler temperatures. Temperatures as low as 55 μK were measured in a one-dimensional FC cooling geometry using the time-of-flight method. Laser cooling with FCs could enable achieving sub-Doppler temperatures for atoms with dipole allowed transitions in the vacuum ultraviolet. This can significantly improve the precision of optical frequency standards, enable measurements of fundamental constants with unprecedented accuracy, and open up the possibility to reach quantum degeneracy with atoms that have optical transitions unreachable by continuous wave lasers such as hydrogen, deuterium and antihydrogen.
Gordana Kregar,
Utjecaj vanjskog koherentnog zračenja na rubidijeve atome u magnetno-optičkoj stupici
Department of Physics, University of Zagreb
October 2014.
supervisor: Ticijana Ban
Extended abstract:
In this dissertation a cloud of cold rubidium atoms confined in a magneto-optical trap (MOT) has been realized. The laser cooling and trapping technique was implemented in the Laboratory for femtosecond frequency comb spectroscopy at Institute of Physics for the first time, so this work opens a new area of research. The cloud of cold atoms, containing ∼10^9 87Rb, Fg= 2, in volume∼ 3mm^3, density of ∼10^11 atom/cm^3 in typical MOT operating conditions was obtained. Detailed characterization of the cloud has been done and the Doppler model for the real atomic system of rubidium 87 atoms was applied to describe the radiative force. The main focus of this work is investigation of the coherent continuous (cw) or pulsed (femtosecond) radiation effects on rubidium atoms in MOT. Atomic motion in the trap can be described with a damped harmonic oscillator model. A new technique for monitoring cold cloud center of mass oscillations induced by cw laser, tuned to rubidium resonant transition has been introduced. With this method the basic trap parameters, such are spring constant, damping coefficient and atom temperature are determined. For various trap working conditions an effective saturation intensity of 87 Rb D1 (Fg=2→Fe= 2) transition is, for the first time, determined through experimentally and theoretically investigated rubidium excited Fe= 2 state population depending on the probe beam intensity. Also, the radiative force ofthe probe D1 laser on cold cloud is measured and theoretically modelled. Interaction of cold rubidium cloud with femtosecond (fs) pulses has been studied in three different experimental configurations; interaction of cold atoms with single fs train of pulses, with two in-phase counterpropagating fs pulses and with two out-of-phase counterpropagating fs pulses. In all three described geometries the LIF signal and radiative force are experimentally determined and compared with theoretical model, based on optical Bloch equations (OBE) for two energylevel atom
_______________________________________________________________________________________________
Master Theses:
Luka Cavaliere Lokas,
Kontrola propagacije svjetlosti u nehermitskom dielektricnom mediju
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odjek
prosinac 2023.
mentor: Neven Šantić
Optička svojstva tvari predmet su opsežnih istraživanja moderne fizike zbog njihovih brojnih primjena u različitim granama tehnologije. Posebice zanimljivo područje fizike je nehermitska fotonika u okviru koje se teorijski predviđa mogućnost izrade nevidljivog materijala. Za postizanje takvog stanja, potrebno je utjecati na osnovne fizikalne veličine poput apsorpcije i indeksa loma medija kojim se svjetlost prostire. U ovom radu uspostavljen je sustav za kontrolu propagacije svjetlosti u vrućim parama atoma rubidija 87Rb koji predstavlja nehermitski dielektrični medij. Izložena je teorijska osnova za opis pojave prostorne promjene indeksa loma u materijalu temeljena na elektromagnetski induciranoj transparenciji u frekventnom području daleko od atomskog prijelaza. Predstavljene su eksperimentalne tehnike korištene za stvaranje optički inducirane rešetke na atomima rubidija upotrebom kontinuiranog lasera. Istražena su široka frekventna područja u okolini dva prijelaza D2 linije gdje dolazi do promjene indeksa loma. Uz to, uspostavljen je sustav za frekventnu stabilizaciju lasera korištenjem tehnike spektroskopije prijenosom modulacije signala. Ovim radom
ostvareni su preduvjeti za nastavak eksperimentalnog istraživanja mogućnosti koje pruža upravljanje apsorpcijom i indeksom loma u materijalu.
Bruno Babić,
Lasersko hladenje pomoću frekventnog češlja i optičkog rezonatora
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odjek
srpanj 2022.
mentor: Damir Aumiler
U ovome diplomskom radu eksperimentalno se istraživala interakcija hladnog oblaka atoma rubidija 87Rb sa svjetlosti unutar optiˇckog rezonatora visoke finese, te mogućnost rezonatorskog hladenja u procesima analognim sub Dopplerovom hladenju atoma pomoću kontinuiranih lasera. Atomski oblak, predhladen na sub Dopplerove temperature, pomoću standardnih tehnika hladenja s kontinuiranim laserima u magneto optičkoj stupici, uveden je u centar optičkog rezonatora a potom je ispušten iz stupice kako bi slobodno interagirao s optiˇckim potencijalom unutar rezonatora. Interakcija je ispitivana slikanjem fluorescencije oblaka u metodi vremena proleta. Ispitivanja interakcije u režimu longitudinalnog pumpanja s kontinuiranim laserom,
blizu frekvencije prijelaza atoma, pokazala su efekt djelomičnog zatočenja atoma iz oblaka, no ne osjetljivost o pomaku frekvencije lasera od linije rezonatora upućuje na odsustvo dodatnog efekta hladenja. Eksperiment je ponovljen s pumpanjem rezonatora femtosekundnim laserom blizu atomske rezonancije rubidija. Efekt hladenja atoma s multimodnim pobudenjem rezonatora femtosekundnim laserom nije zabilježen u fluorescenciji oblaka.
Marin Đujić,
Utjecaj učinaka dekoherencije na svojstva optičkih kvantnih memorija
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odjek
srpanj 2022.
mentor: Ticijana Ban
Sigurna komunikacija na velike udaljenosti je u modernom svijetu postala važnija no ikad. Kvantna komunikacija predstavlja način na koji bi se moglo doći do fizikalno savršeno sigurne komunikacije. Važna prepreka na putu do njene tehnološke ostvarivosti jest postojane dugotrajne kvantne memorije. U ovom radu istražujemo zbog kojih sve faktora dolazi do gubljenja informacija tijekom zadržavanja pulsa unutar medija. Predstavljena je teorijska podloga pojave elektromagnetski inducirane transparencije (EIT-a), koja je ključna za ostvarenje optičke kvantne memorije. Osim toga, izračunata je i teorijska procjena dekoherencijskih učinaka. Opisane su eksperimentalne metode ostvarivanja stanja EIT-a koristeći hiperfine nivoe 85Rb uz pomoć lasera kontinuiranog zračenja. Izmjereni su parametri EIT-a za ćelije s atomskim medijem u različitim uvjetima, koji su zatim usporedeni s teorijskim vrijednostima. Ove vrijednosti su usporedene s onima za svojstva optičke kvantne memorije kako bi se ustanovio odnos izmedu dva sustava. Konačno, sustav je testiran na višim temperaturama kako bi se usporedio sa sličnim izvedenim eksperimentima.
Toma Petrinović,
Mjerenje temperature hladnog atomskog plina apsorpcijskim oslikavanjem
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odjek
rujan 2020.
mentor: Ticijana Ban
U ovom radu je postavljen, optimiziran i karakteriziran postav za apsorpcijsko oslikavanje oblaka hladnih atoma rubidija. Mjereni su parametri oblaka hladnih atoma kao što su optička debljina, broj atoma, veličina oblaka i temperatura za različite parametre postava. Promotreno je kako se optička debljina, broj atoma te veličina oblaka mijenja tijekom balističke ekspanzije oblaka. Iz ovisnosti veličine oblaka o vremenu ekspanzije određena je temperatura hladnih atoma. Razmotreno je ponašanje oblaka ovisno o vremenu koliko dugo se stvara oblak i o snazi apsorpcijske zrake. Mjerena je ovisnost parametra oblaka ovisno o snazi i pomaku frekvencije lasera za hladenje. Za kraj rada usporedena je temperatura, broj atoma te omjer signala i šuma apsorpcijske i fluorescentne metode oslikavanja o snazi i pomaku frekvencije lasera za hlađenje.
Ivana Puljić,
Istovremeno hlađenje dvije vrste atoma optičkim frekventnim češljem
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odjek
srpanj 2020.
mentor: Damir Aumiler
U ovom diplomskom radu proučavano je istovremeno hlađenje dva izotopa rubidija, 85Rb i 87Rb, pomoću optičkog frekventnog češlja. U tu svrhu, razvila se magneto-optička stupica za atome 85Rb te se dobiveni oblak preklopio s oblakom 87Rb pripremljenim u prije razvijenoj magneto-optičkoj stupici za taj izotop. Ovako pripremljen sustav, predhlađen oblak atoma 85Rb i 87Rb, početna je točka za pokazivanje hlađenja frekventnim češljem. Odredene su spektralne linije češlja koje u frekvencijama odgovaraju prijelazima korištenim za hlađenje atoma 85Rb i 87Rb te su tehnikom vremena proleta izmjerene temperature oba izotopa istovremeno. Pri tome je dobiveno da oba izotopa prate iste temperaturne trendove, odnosno da je naovaj način moguće istovremeno hladiti dvije vrste atoma. Također, ispitano je kako vrijeme trajanja meduđjelovanja frekventnog češlja sa atomima 85Rb i 87Rb utječe na postizanje konačnih temperatura. Zaključeno je da se nakon hlađenja frekventnim češljem u trajanju od nekoliko milisekundi postiže konačna temperatura atoma te da je ona iznosom bliska Dopplerovoj temperaturi.
Matej Vilić,
Hladni atomi u višemodnom optičkom rezonatoru
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odjek
srpanj 2019.
mentor: Ticijana Ban
Konvencionalne metode hlađenja atoma u slobodnom prostoru se oslanjaju na optičko pobuđivanje atoma i naknadnu spontanu emisiju fotona gdje se disipacija ostvaruje pobuđivanjem atoma crveno ugodenom svjetlošću (manje frekvencije i energije) od atomskog prijelaza, a spontanom emisijom se emitira više energije. Takvim Dopplerovim hladenjem atome možemo spustiti samo do energije koja odgovara vremenu života pobuđenog stanja. U ovom radu ćemo proučiti alternativnu metodu hlađenja koja koristi rezonator u kojem se atomi ne hlade spontanom emisijom, već interakcijom sa elektromagnetskim valovima unutar rezonatora. Ova vrsta hlađenja uzrokuje pojavu novih kvantnih mehanizama i omogućava hlađenje puno šire klase čestica jer ne zahtijeva jednostavnu elektronsku strukturu povoljnu za hlađenje laserom. Proći ćemo kroz fiziku optičkog rezonatora, njegovu izradu, karakterizaciju i buduću primjenu u području hladnih atoma.
Mateo Kruljac,
Koherentni efekti u hladnom atomskom plinu
Sveučilište u Zagreb, PMF, Fizički odsjek
srpanj, 2018.
mentor: Damir Aumiler
U ovome radu pročavani su koherentni efekti u hladnom atomskom plinu izotopa rubidija 87Rb uslijed interakcije s dva lasera. Predstavljena je teorijska pozadina interakcije dvaju lasera s atomom u lambda konfiguraciji, pri čemu je jedan laser kontinuiranog zračenja, a drugi femtosekundni (pulsni) laser. Odabrani su prijelazi rubidija 5 2S1/2(F = 1) → 5 2P3/2(F’ = 2) i 5 2S1/2(F = 2) → 5 2P3/2(F’ = 2). Predstavljena je i pozadina laserskog hladenja i zarobljavanja atoma radi stvaranja hladnog atomskog oblaka, a objašnjene su specifičnosti femtosekundnog lasera koje omogućuju ispitivanje koherentnih efekata. Predstavljene su metode frekventne stabilizacije lasera kontinuiranog zračenja i femtosekundnog lasera, potrebne za visoku preciznost mjerenja. Rezultati su dobiveni mjerenjem sile laserskog zračenja na hladni oblak rubidija, kao i mjerenjem laserski inducirane fluorescencije oblaka uslijed interakcije s laserima. Mjerenja su usporedena s teorijom, a u skladu su s numeričkim modelom, što potvrduje mogućnost korištenja femtosekundnog lasera za ispitivanje koherentnih efekata.
Domagoj Kovačić,
Stvaranje superkontinuuma u nelinearnom optičkom vlaknu
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odjek
rujan 2017.
mentor: Damir Aumiler
U ovom diplomskom radu proučeno je stvaranje spektralnog superkontinuuma propagacijom femtosekundnih laserskih pulseva u nelinearnom optičkom vlaknu. Kao izvori svjetlosti korišteni su Er:dopirani femtosekundni fiber laser u Laboratoriju za hladne atome i Ti:Safir femtosekundni laser u Laboratoriju za femtosekundnu spektroskopiju Instituta za fiziku. Izmjereno je vremensko trajanje i spektar pulseva te je proučeno stvaranje spektralnog superkontinuuma u ovisnosti o ulaznim parametrima pulsa. Osim eksperimentalnih mjerenja, proučena je teorijska pozadina stvaranja superkontinuuma dana generaliziranom nelinearnom Schrödingerovom jednadžbom. Napravljene su numeričke simulacije vremenske i spektralne evolucije pulsa. Spektralni superkontinuum dobiven u ovom diplomskom radu omogućava daljnji rad na stvaranju još širih spektralnih superkontinuuma s ciljem karakterizacije frekventnog češlja Er:dopiranog femtosekundnog lasera korištenjem 2f-3f samoreferentne sheme.
Danijel Buhin,
Optomehanika hladnih atoma uzrokovana femtosekundnim laserskim zračenjem
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odjek
srpanj 2017.
mentor: Ticijana Ban
U ovom radu proučavala se sila zračenja niza femtosekundnih pulseva na oblak hladnih atoma rubidija. Atomi rubidija hladili su se pomoću magneto-optičke stupice. Osim mjerenja ispitana je teorijska pozadina sile zračenja na atome koju stvara jedan niz femtosekundnih pulseva te dva niza suprotnopropagirajuća niza femtosekudnih pulseva. U slučaju s dva niza femtosekundnih pulseva promatrana su dva slučaja faznog odnosa izmedu pulseva, slučaj kada su pulsevi u fazi i kada su pulsevi u protufazi. Mjerenja sile zračenja provedena su za jednu granu femtosekundnih pulseva te za dvije grane femtosekundnih pulseva koji se propagiraju u suprotnim smjerovima. Sila zračenja jedne grane pulseva slaže se s teorijskim modelom. U slučaju mjerenja s dvije grane, mjerili smo u dvije konfiguracije, u konfiguraciji ”u fazi” i ”u protufazi”. Za konfiguraciju ”u protufazi” očekujemo da na atom ne djeluje sila zračenja. Mjerenjima smo pokazali kako u slučaju ”u fazi” pomak centra mase oblaka hladnih atoma posljedica je geometrije laserskih zraka te nejednakih intenziteta. Osim što smo proučavali silu zračenja, izmjerili smo spektralne širine lasera koje koristimo u eksperimentu.
Ana Cipriš,
Hlađenje atoma optičkim frekventnim češljem
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odsjek
lipanj 2017.
mentor: Ticijana Ban
U ovom diplomskom radu proučavano je hlađenje atoma 87Rb optičkim frekventnim češljem koji nastaje uslijed visoko stabiliziranog zračenja femtosekundnog lasera. Atomi su se hladili pobuđivanjem 5 2S1/2 (F = 2) → 5 2P3/2 (F ′ = 3) prvog rezonantnog elektronskog prijelaza u atomu 87Rb točno određenom spektralnom linijom frekventnog češlja. Temperatura atoma se određivala korištenjem tehnike vremena proleta. Mjerene su temperature za različite konfiguracije polarizacija suprotno propagirajućih femtosekundnih laserskih zraka, kao i ovisnost temperature o magnetskom polju i vremenu interakcije s femtosekundnim laserom. Opaženo je hlađenje do sub-Dopplerovih temperatura s najnižom izmjerenom temperaturom od 66 µK, što predstavlja, prema našim saznanjima, prvu eksperimentalnu realizaciju sub-Dopplerovih temperatura koristeći optički frekventni češalj. U svrhu usporedbe sa standardnim tehnikama hlađenja utemeljenim na kontinuiranim laserima, mjerenja su se ponovila koristeći kontinuirani laser umjesto frekventnog češlja. Dobiveno slaganje izmjerenih temperatura potvrđuje upotrebu optičkog frekventnog češlja za hlađenje atoma, čime se otvara niz novih mogućnosti kao što je hlađenje atoma s prvim rezonantnim prijelazima u ultraljubičastom/vakuum ultraljubičastom dijelu spektra, području nedostupnom emisiji kontinuiranih lasera.
Nikolina Nekić,
Dinamika hladnih atoma rubidija zatočenih u magneto-optičku stupicu
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odsjek
srpanj 2014.
mentor: Ticijana Ban
In this thesis Doppler and sub-Doppler cooling mechanisms were studied. Control of the experiment is described in detail, including the acousto-optical modulators that control the direction and the frequency of the laser beam, and the time control. Fluorescence of the atoms is recorded with the camera. Temperature of the atoms in the cloud is measured using the time of flight technique. Temperature dependence on the intensity and frequency of the cooling laser is observed. The measured values showed a good agreement with the theoretical model for sub-Doppler cooling. The lowest temperature we measured was T=21.95 μK. Center of mass movement due to the radiation pressure force from the pushing laser was measured in dependence of the laser frequency. A new method for measuring light shift was tested. It was concluded that more work on the experimental setup is needed in order to use this method, due to the very big sensitivity on many factors when dealing with such low temperatures and high resolution.
Tena Dubček,
Sintetička Lorentzova sila na neutralne atome
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odsjek
rujan 2013.
mentor: Hrvoje Buljan
U ovome radu istraživala sam mogućnost konstrukcije sintetičke Lorentzove sile za hladni, kvantno nedegenerirani, neutralni atomski plin te njena svojstva. Krenula sam od ideje u kojoj se na oblak neutralnih atoma djeluje s dva medusobno okomita lasera koji uzrokuju niz dvofotonskih prijelaza. Pritom zbog atomskog gibanja dolazi do Dopplerovog pomaka frekvencija laserskog polja. Tako, mehanizmom sličnim slučaju Dopplerove sile gušenja, nastaje sila ovisna o okomitoj komponenti brzine, što je svojstveno Lorentzovoj sili. Pokazala sam da dodavanje drugog para lasera sintetizira Lorentzovu silu za jedan smjer brzine. Poopćenje sintetičke Lorentzove za proizvoljan smjer brzine postigla sam korištenjem tri para lasera. Model sam primjenila na atom 87Rb. Do rezultata sam došla poluklasičnim pristupom u formalizmu matrica gustoće, numeričkim putem koristeći paket Matlab. Iznijela sam i rezultate modeliranja realnog eksperimentalnog sustava plina 87Rb koji se nalazi u magneto-optičkoj klopci, koje smo dobili uz sintetičku silu konstruiranu pomoću dva para lasera. Time smo omogućili usporedbu s eksperimentalnim rezultatima te, u konačnici, i eksperimentalnu provjeru ove ideje konstrukcije sintetičke Lorentzove sile za hladne neutralne atome
Neven Šantić,
Lasersko hlađenje atoma
Sveučilište u Zagrebu, PMF, Fizički odsjek
srpanj 2012.
mentor: Ticijana Ban
U ovom diplomskom radu proučavano je stvaranje ultrahladnog oblaka atoma rubidija. Po prvi put je u Laboratoriju za femtosekundnu lasersku spektroskopiju na Institutu za fiziku karakteriziran sistem hladnih atoma za različite vanjske parametre, kao što su frekvencija i snaga korištenih lasera, gradijent magnetskog polja te pozadinska koncentracija atoma rubidija.
Objašnjeni su osnovni principi Doppler teorije laserskog hlađenja i uhvata atoma te su dobiveni eksperimentalni rezultati uspoređeni s istom. Izmjereno ponašanje parametara dobro se slaže s iznesenom Doppler teorijom. Najveću nepouzdanost pri utvrđivanju parametara unosi procjena saturacijskog parametra kao ključnog za procjenu sile na atome, a time i sve parametre MOT-a.
Također, uočene su zanimljive oscilacije centra mase oblaka oko položaja razvoteže. Pokazano je da se oscilacije mogu samo djelomično opisati iznesenim jednostavnim modelom. Zaključili smo da je za potpuniji opis ovih oscilacija potrebno je koristiti kompliciranije modele.
Daljnje istraživanje u ovom području obuhvaćat će proučavanje interakcije femtosekundnih lasera i hladnih atoma.