Coherent acceleration of rubidium atoms using multiphoton adiabatic transfer

Rezonáns lézersugárzás segítségével nemcsak az atom belső állapota manipulálható. Egy gerjesztés, illetve spontán vagy indukált emisszió az elnyelt vagy kibocsátott fotonlendület miatt az egész atom mozgását is befolyásolja. Ilyen módon az atomok célzottan lassíthatóak vagy gyorsíthatóak, illetve lehet őket hűteni és csapdázni. Atomok koherens manipulálása csak indukált folyamatokon keresztül lehetséges (gerjesztés és indukált emisszió) - a spontán emisszió lerombolja a kvantumállapot koherenciáját. Lézerimpulzussal létrehozott indukált folyamatok sokféleképpen használhatóak atomok mozgásának manipulációjára (pl: atomnyalábok eltérítése vagy fókuszálása) és számos esetben lehetőséget nyújtanak az atomi hullámcsomagok koherenciájának megőrzésére. A koherencia megőrzéséhez fontos, hogy a kölcsönhatásban a teljes populáció átvihető legyen, erre egy hatékony és robusztus megoldás az adiabatikus átmenet [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]. Ezek a módszerek gyakran két egymással szemben haladó lézerimpulzust használnak, melyek egymás után kölcsönhatva az atommal (az atom spontán élettartamánál rövidebb időn belül) kényszerítik az atomot populációváltásra (alapállapotból gerjesztett állapotba és vissza). Egy foton elnyelésével az alapállapotból a gerjesztett állapotba jutó atom a foton lendületét is elnyeli, és ℏ impulzust kap. Amennyiben a gerjesztést követően egy másik ellentétes irányú, a gerjesztő impulzushoz hasonló lézerimpulzussal hat kölcsön az atom, akkor indukált emisszió jön létre. Ezáltal a rendszer ismét ugyanabban az irányban még egy ℏ impulzust kap. Fontos, hogy addig történjen meg a második nyaláb kölcsönhatása az atomokkal, míg azok gerjesztése számottevően nem csökken a spontán emisszió miatt. Tehát a rendszer így összesen 2ℏ impulzushoz jut. [8] [9] [10] Fontos eredményt mutat, amikor a kölcsönhatást végző szembehaladó lézerimpulzusok nem külön-külön, hanem egymással részben átfedve egyszerre hatnak kölcsön az atommal. A szimulációs modellek azt mutatták, hogy az atom a várt 2ℏ helyett ennek egész számú többszörösét is képes megkapni. [11] [12] [13]. Ez akkor lehetséges, ha a folyamat adiabatikus, amely a kölcsönhatás paramétereire (lézerintenzitás, impulzushossz, frekvenciafutás, impulzusok átfedése, stb.) nézve szigorú specifikációt jelent. A jelenség neve többfotonos adiabatikus átmenet. Az atomok gyorsításának ilyen kompakt módon fontos gyakorlati haszna lehet

Stabilization and time resolved measurement of the frequency evolution of a modulated diode laser for chirped pulse generation

We have developed experimental methods for the generation of chirped laser pulses of controlled frequency evolution in the nanosecond pulse length range for coherent atomic interaction studies. The pulses are sliced from the radiation of a cw external cavity diode laser while its drive current, and consequently its frequency, are sinusoidally modulated. By the proper choice of the modulation parameters, as well as of the timing of pulse slicing, we can produce a wide variety of frequency sweep ranges during the pulse. In order to obtain the required frequency chirp, we need to stabilize the center frequency of the modulated laser and to measure the resulting frequency evolution with appropriate temporal resolution. These tasks have been solved by creating a beat signal with a reference laser locked to an atomic transition frequency. The beat signal is then analyzed, as well as its spectral sideband peaks are fed back to the electronics of the frequency stabilization of the modulated laser. This method is simple and it has the possibility for high speed frequency sweep with narrow bandwidth that is appropriate, for example, for selective manipulation of atomic states in a magneto-optical trap

Pre-excitation studies for rubidium-plasma generation

The key element in the Proton-Driven-Plasma-Wake-Field-Accelerator (AWAKE) project is the generation of highly uniform plasma from Rubidium vapor. The standard way to achieve full ionization is to use high power laser which can assure the over-barrier-ionization (OBI) along the 10 meters long active region. The Wigner-team in Budapest is investigating an alternative way of uniform plasma generation. The proposed Resonance Enhanced Multi Photon Ionization (REMPI) scheme probably can be realized by much less laser power. In the following the resonant pre-excitations of the Rb atoms are investigated, theoretically and the status report about the preparatory work on the experiment are presented

Pre-excitation studies for rubidium-plasma generation

a b s t r a c t The key element in the Proton-Driven-Plasma-Wake-Field-Accelerator (PWFA) project is the generation of highly uniform plasma from Rubidium vapor. A scientifically straightforward, yet highly challenging way to achieve full ionization is to use high power laser which can assure the barrier suppression ionization (BSI) along the 10 m long active region. The Wigner-team in Budapest is investigating an alternative way of uniform plasma generation. The proposed Resonance Enhanced Multi-Photon Ionization (REMPI) scheme can be probably realized by much less laser power. In the following we plan to investigate the resonant pre-excitations of the Rb atoms, both theoretically and experimentally. In the following our theoretical framework is presented together with the status report about the preparatory work of the planned experiment