雷射光路架設

依據理論，回泵雷射的光源頻率需為 F = 1 → F^′ = 0的躍遷頻率，384.234390 THz。我們將外腔雷射頻率鎖在 384.234504 THz，並用聲光調變器 (AOM) 移頻 114 MHz。架設此雷射於真空腔的 x­y 平面，將光路對準磁光阱的中心，先暫 時將頻率調整成原子可吸收的越遷頻率，同樣透過相機，觀察磁光阱內的原子 團訊號是否被吹散，來判斷回泵雷射有無擊中原子團，調整好後再將頻率鎖回 384.234504 THz。

Figure 3.8: ECDL 頻率量測紀錄

Figure 3.9: 回泵雷射架設圖

Figure 3.10: 回泵雷射頻率調整說明

Figure 3.11: 以上提及所有雷射光路架設圖細節

3.4

使用三組赫姆霍茲線圈（Helmholtz coil）分別在空間上的 x、y、z 方向上製造出 均勻磁場，在系統中，這三組線圈也有抵銷地磁，以及其他元件產生的磁場（例 如離子幫浦的磁場）的作用，見圖3.12。

除此之外，為了進行 RSC 實驗，我們以此三組赫姆霍茲線圈控制磁場，增加沿著 回泵光方向的磁場大小，一方面定義原子的量子軸，另一方面，使銣原子團的塞 曼分裂與二維光晶格的聲子模能量、或是諧陷阱的震動能階差一致，以滿足拉曼 側帶冷卻的條件。塞曼分裂能階差為

δ_zm= hν = B· µB· gF · mF (3.6)

Figure 3.12: 赫姆霍茲線圈架設圖

3.5

我們的真空腔分為高真空（1.1× 10⁻⁷ torr）與超高真空（1.3× 10⁻¹¹torr）兩區，

中間以 differential pumping tube 相隔。高真空區（圖3.13右側）較靠近銣原子源，

先以二維磁光阱進行第一次都卜勒冷卻，再推進超高真空區（圖3.13左側），以三 維磁光阱做第二次都卜勒冷卻，達到溫度（150∼ 300 µ K)，以進一步做次都卜勒 冷卻。

Figure 3.13: 真空腔示意圖

2D⁺ MOT

二維磁光阱的架設，包含磁場與都卜勒冷卻光束（Doppler cooling beam）。由於 我們不需要開關磁場，故使用永久磁鐵即可。接著在 y 方向和 z 方向都加上兩道 方向相反、旋光性相反（σ⁺、σ⁻）的都卜勒冷卻光束，除此之外，為了將被冷 卻光非共振激發（off­resonant excitation）上 F^′ = 2然後掉到基態 F = 1 的原子 再回到 F = 2 能態，如此才能繼續散射冷卻光束的光子，我們在 y 方向還再加上 了 repumping beam，將原子躍遷回冷卻循環（cooling cycle）之中。在 x 方向也有 Doppler cooling beam，但是在其反射鏡中心，挖出一個直徑 4 mm 的圓孔，使得 這個孔徑的光路只有往­x 方向的光子束，因此原子團會被推往超高真空腔。

3D MOT

三維磁光阱（3D MOT, 以下簡稱 MOT）是以三道雙向的都卜勒冷卻光束在三個方 向都製造阻力，磁場則是由一組 anti­Helmholtz 線圈提供。磁光阱架設如圖3.14。

Figure 3.14: 真空與磁光阱架設

以上為都卜勒冷卻架設，下一步次都卜勒冷卻有兩種方式（1）在磁光阱內操作灰 色光學糖漿冷卻法（Gray molasses cooling），(2) 關掉磁光阱，以拉曼側帶冷卻。

Chapter 4