Warum erfordert das optische Pumpen von Rubidium das Vorhandensein eines Magnetfelds?

Es gibt zwei Arten von optischem Pumpen, die möglich sind. Hyperfine Optical Pumping und Zeeman Optical Pumping. Letzteres ist unter Null-Magnetfeld und ersteres erfordert ein Magnetfeld. Die von Ihnen erzeugte Spinwelle (Grundzustandskohärenz) hängt hauptsächlich von der Polarisation des verwendeten Lichts und seiner Intensität ab. Wenn Sie die Stärke des Magnetfelds erhöhen, vergrößert sich der Abstand zwischen den Zeeman-Ebenen. Bei großen Werten erhalten Sie einen „Level-Crossing“-Effekt.

Was meinst du mit "Stärke des optischen Pumpens"? Wenn Sie die Bevölkerungsumverteilung meinen, dann spielt die Stärke des Magnetfeldes allein keine Rolle. Sie müssen auch die Art des Lichts (Intensität, Polarisation, Verstimmung, Kohärenz) und die Dekohärenz des atomaren Ensembles berücksichtigen.

Andere Anwendungen:

Bei vielen Experimenten, die die atomare Kohärenz ausnutzen, verringert die Verwendung der Zeeman-Niveaus (dh eines 3-Niveau-Systems, das aus zwei Grundzustands-Zeeman-Niveaus des gleichen Hyperfeinzustands und des angeregten Zustands besteht) das Problem, dass zwei identische Laser erforderlich sind. Sie können einen Laser verwenden (perfekt mit sich selbst korreliert!) und seine Frequenz mit einem AOM (z.

Bei einem Hyperfeinpumpen pumpen Sie Atome auf die andere Hyperfeinebene, sagen wir, Sie wenden Ihren Laser auf die an$F_g = 2 \rightarrow F_e = 2$Übergang der$^{87}$Rb D$_1$, dann die Atome aus der$F_e = 2$-Niveau wird auf beide Grundzustands-Hyperfeinniveaus zerfallen$F_g=1,2$und schließlich in die gepumpt werden$F_g = 1$eben.

In einem Zeeman-Pumpschema wird die Polarisation des anregenden Lasers wichtig. Wenn Sie sich bewerben, sagen wir mal$\sigma^+$polarisierter Laser auf den gleichen Übergang$F_g = 2 \rightarrow F_e = 2$, dann wird die magnetische Quantenzahl um geändert$\Delta m = 1$und das$m_g = +2$Sublevel kann die anregende Strahlung nicht absorbieren, da es keine gibt$m_e = +3$Unterniveau im angeregten Zustand, als Atome aus den Unterniveaus des angeregten Zustands$m_e = +1,+2$können spontan auf die Unterebene abfallen und tun dies auch$m_g = +2$Atome, zu denen nicht gepumpt wurde$F_g = 1$Ebene durch das Hyperfeinpumpen auf die gepumpt werden$m_g = +2$durch das Zeeman-Pumpen.

Welche Rolle spielt das Magnetfeld? Ich würde sagen, es wird nur benötigt, um zu erkennen, dass Sie Ihre Atome hineingepumpt haben$m_g = +2$Unterebene. Solange alle Zeeman-Unterebenen degeneriert sind, kann man die nicht unterscheiden. Sobald das Magnetfeld angelegt und die Entartung beseitigt ist, können Sie Hochfrequenz verwenden, um die Atome zu erkennen, wenn Sie die Gleichheitsbedingung für die Zeeman-Verschiebungen vor benachbarten magnetischen Unterniveaus und die Anergie des Hochfrequenzquants erfüllen$\Delta E = \mu_BgB = h\nu_{rf}$, dann induziert die Hochfrequenz Übergänge von$\Delta m = \pm 1$innerhalb der Grundzustands-Hyperfeinebene und Atome werden auf die Unterebenen zurückgebracht, die Licht absorbieren können ($m_g \neq +2$), wodurch eine gewisse Fluoreszenz oder Absorptionsänderungen beobachtet werden können.

Obwohl es für eine Antwort zu spät ist, habe ich nach einer Antwort gesucht und Ihre Frage gesehen. Dasselbe habe ich heute bei meinen Experimenten beobachtet. Das Nullstellen des auferlegten Magnetfelds führt zum Verschwinden des dunklen Zustands aufgrund eines zirkular polarisierten Lichts.

Meine Argumentation bezieht sich auf die grundlegendsten Konzepte der Quantenmechanik; Nach meinem Wissen ist es unmöglich, ein System (z. B. Atompopulation) zu messen, ohne dieses System zu ändern. Tatsächlich gibt es in Abwesenheit einer externen Agentur keine bevorzugte Richtung und wir haben eine perfekte Symmetrie (natürlich bedeutet Präfekt eigentlich nicht perfekt, aber es ist gültig, wenn man unsere experimentellen Einschränkungen zur Auflösung gebrochener Symmetrie berücksichtigt). Es gibt also keine Z-Richtung für Atome. Schließlich kann man optisches Pumpen und Dunkelzustände nur beobachten, wenn man Atome in eine Vorzugsrichtung ausrichtet, die durch das äußere Magnetfeld definiert ist.

Angenommen, es gibt kein Magnetfeld und daher keine Zeeman-Aufspaltung und keine Mf-Zustände Nehmen Sie nun an, dass Sie in einem Zwei-Niveau-System das Medium mit einer Lichtresonanz mit Hyperfeinaufspaltung zwischen dem Grundzustand Fg und dem angeregten Zustand Fe pumpen.

Angenommen, das Atom wird von Fg zu Fe angeregt, es muss auf ein bestimmtes Niveau zurückfallen, aber wenn dieses Niveau dasselbe ist wie das Niveau, von dem es gepumpt wurde, ist es verboten. Das Elektron würde dieses Photon also niemals absorbieren.

Wenn jedoch das Grundzustands-Hyperfeinniveau Fg weiter in Zeeman-Niveaus aufgeteilt wird, kann das Atom abhängig von der Polarisation des Pumplichts von einem der Zeeman-Niveaus auf ein angeregtes Niveau gepumpt werden und auf ein anderes Zeeman-Unterniveau zurückfallen.

Siehe dazu: http://internal.physics.uwa.edu.au/~stamps/2006Y3Lab/SteveAndBlake/theoretical.html