Laser System for Quantum Gas Microscopy of Topological Many-Body States with Cs Atoms

用于铯原子拓扑多体态量子气体显微镜的激光系统

基本信息

  • 批准号:
    452143229
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Major Research Instrumentation
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2019-12-31 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

In the planned project, the concepts of quantum gas microscopy and artificial gauge fields in systems based on ultracold atoms will be combined in a new experiment. This will realize completely new systems that will allow probing of interacting topological many-body systems with a host of new and innovative diagnostic tools (e.g. single atom and spin resolution, local current operator measurements between lattice sites, etc.). At the same time, new ideas for the realization of artificial gauge fields will allow the individual control of tunnel matrix elements between lattice sites. Most of the fundamental concepts for this project have been demonstrated by the group of the applicant, but it has not yet been possible to combine them in a single experiment and thus benefit from both of these innovative concepts. This proposal aims at overcoming these imitations based on a new experimental setup and the laser system applied for in this proposal.The complete system consists of four units: 1) In order to achieve fast cycle times for quantum simulations, a fast and reliable transport will be realized by means of a moving optical standing wave. For this purpose, low-noise high-power lasers at 1064nm will be used, which can also be employed for an optical dipole trap. Fast cycle times are indispensable, especially when higher order correlation functions and many-body entanglement are to be measured, which place considerable demands on data acquisition in the system. At the same time, short cycle times of the experiments also allow a significant reduction of unwanted drifts and fluctuations in the experiment and thus a much more stable data acquisition. 2) The experimental scheme for the local control of the tunnel couplings and the generation of artificial calibration fields is based on a special state-dependent lattice potential in the horizontal plane, which will later also be used as a lattice for the single-site resolved imaging. To achieve the required lattice depths and lattice configurations, Ti:Sapphire laser systems with tunability between 760-900 nm will be used. 3) In order to obtain maximum information about the density and internal spin state distribution of the cold bosons in the lattice, a vertical superlattice at 1064nm and 532nm will be employed, which allows to image both spin and density by topological spin pumping in a single experimental realization. 4) To control the frequency of and monitor the intensity fluctuations of the lasers, a linewidth analyzer with good absolute accuracy is needed.
在计划中的项目中,量子气体显微镜和基于超冷原子的系统中的人工规范场的概念将在一个新的实验中结合起来。这将实现一种全新的系统,它将允许使用一系列新的和创新的诊断工具(例如单原子和自旋分辨率、晶格位置之间的局域电流算符测量等)来探测相互作用的拓扑多体系统。同时,实现人工规范场的新想法将允许在晶格格点之间单独控制隧道矩阵元素。该项目的大多数基本概念已经由申请者小组进行了演示,但还不可能将它们结合在一个单一的实验中,从而从这两个创新概念中受益。该方案基于一种新的实验装置和该方案中应用的激光系统,旨在克服这些模拟。整个系统由四个单元组成:1)为了实现快速的量子模拟周期,将通过移动的光学驻波来实现快速可靠的传输。为此,将使用1064 nm的低噪声高功率激光器,这也可以用于光学偶极陷阱。快速周期是必不可少的,特别是当要测量高阶相关函数和多体纠缠时,这对系统中的数据采集提出了相当高的要求。同时,实验的短周期时间还允许显著减少实验中不必要的漂移和波动,从而获得更稳定的数据。2)隧道耦合的局域控制和人工定标场的产生的实验方案是基于水平面中特殊的状态相关格子势,该格子势稍后也将被用作单点分辨成像的格子。为了达到所需的晶格深度和晶格配置,将使用可调谐在760-900 nm之间的钛宝石激光系统。3)为了获得关于晶格中冷玻色子的密度和内部自旋态分布的最大信息,将采用1064 nm和532 nm的垂直超晶格,它允许在单个实验实现中通过拓扑自旋泵浦来成像自旋和密度。4)为了控制激光的频率和监测激光的强度起伏,需要一台绝对精度高的线宽分析器。

项目成果

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知道了