雷射如何通過離子井的正中心?!

感覺非常長一段時間沒有寫記事了,這代表我的積累的故事持續增加,終於到了動筆慾望壓過懶病的階段.這次就特別來說說雷射是如何allgin的細節好了.原因是博後總非常驚訝修過古典光學和量子光學的人,居然能夠對具體問題有如此粗糙的認識.我認為除了自己大學都在碰理論相關的東西外,實驗的技術細節和理論細節用教導的難以讓人感覺他有什麼用,但是解決問題的時候那些脈絡就會自然浮現.所以就來和大家分享一下在離子井實驗室的一些有趣知識了.

在之前的記事中,提到目前我在實驗室有幾個small project能做,過去幾週嘗試過的有:allign實驗桌的紅光雷射、組合共振腔的回饋系統、蓋出一台新的紅光雷射,基本上第一件事情已經成功、第二件事情因為我的失誤暫停、第三件事情接近完成.
當我開始說如何allign離子井實驗需要的紅光雷射之前,大家先暫停思考單一離子的有多大,就能知道這個東西要對的有多準…..答案:離子的交互作用範圍大概只有幾個微米(um、千分之一公分),所以在總能量固定、盡可能聚焦的情況下,雷射在離子附近的截面半徑只有幾十個um,且這不僅是一個二維問題,因為強烈聚焦到的光也會diverge非常快,在行徑方向上的準確度也是同樣重要,重點是虛空中要如何設定參考座標係到如此準確.想像一下要如何用雙手用透鏡把雷射導準確導引到3d空間的那一個小點?(做不到),事實上靠雙手的準確度確實只能先做初步的粗調整(準度0.1公分)固定3d移動平台,然後再利用3d平台作微米等級的操作.具體來說,先讓雷射光通過兩個窗口的約略正中央(可以用白紙擋住一半的窗口然後讓雷射光剛好切過白紙),架設兩個針孔使前後窗口的雷射都能夠通過(兩點一線當作粗allign參考),在挑選透鏡聚焦距離的前提下(用尺量準確到0.1cm),想辦法用左右移動和轉動讓光線仍舊通過兩個針孔(注意透鏡是必須垂直桌面、所以轉動只有一個自由度),至此固定整個3d平台(與上面的透鏡)進入準確allign階段.

fiber_trap

四極離子井:Linear Paul Trap的示意圖


細調整:當雷射光或多或少已經在離子井的中間時(如上圖),我們要如合找到參考點讓他準確地在我們想要的位置呢?答案相當的神奇,要依靠兩端電極的尖端.當處於離子井中間將類射光上下移動時看到的是『光暗光暗光』:有兩根柱狀電極創造了兩個陰影處.如果我們將雷射移動到井的左右兩側(寬約2mm),就會看到『光暗光暗光暗光』,加上兩端電極的線索所以有三道影子.將水平高度鎖定在兩端電擊後,在電極尖端逐步先左右、再前後移動鏡子,觀察影子的形狀,當雷射聚焦的最窄處相切電極頂端的tip時,會看到奇特現象:雷射的陰影不再是由左邊或右邊靠近,而是從所有方向一起靠近讓光點消失.這時候我們有了參考座標,將兩端的tip座標取平均就是離子井的目標點了.
現在你已經知道了離子井實驗中如何架設雷射使其通過目標區的步驟,只是實際上要調整好幾個小時不止,歡迎詢問反饋和打賞啦!!

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