CAVITY QED 08. Juni 2011 Fabian Alt.

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1 CAVITY QED 08. Juni 2011 Fabian Alt

2 Agenda Motivation Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell
Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom Zusammenfassung

3 Licht-Materie-Wechselwirkung an fundamentalem System Motivation
Motivation: Fundamentales System WW einzelnes Atom und eine Mode des EM-Feldes Anwendungen in Quantum Information Science

4 Theoretischer Hintergrund
Einführung Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom Zusammenfassung

5 Jaynes-Cummings-Modell Theoretischer Hintergrund
Energiespektrum ħωa und ħωc Zerfallsraten γ und κ Kopplungsfaktor g proportional zum Dipolmatrixelement dge Starke Kopplung: g >> γ, κ

6 Jaynes-Cummings-Modell Theoretischer Hintergrund
Starke Kopplung: g >> γ, κ Jaynes-Cummings-Model (rotating wave approximation) Kommmutatorrelationen und Aus HΨ = EΨ lassen sich die Energieniveaus des Systems errechnen

7 Energieaufspaltung im Jaynes Cummings Modell Theoretischer Hintergrund
Eigenenergien:

8 Energieaufspaltung im Jaynes Cummings Modell Theoretischer Hintergrund
Eigenenergien:

9 Experiment I Einführung
Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom Zusammenfassung

10 Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System Experiment I
P. Maunz et al. (MPQ), Phys. Rev. Lett., 2005 Vakuum-Rabi-Aufspaltung sollte messbar sein

11 Experimenteller Aufbau Experiment I
Schema des Experiments:

12 Experimenteller Aufbau Experiment I
Schema des Experiments: Stehende Welle im Resonator:

13 Experimenteller Aufbau Experiment I
Schema des Experiments: Stehende Welle im Resonator:

14 Experimenteller Aufbau Experiment I
Schema des Experiments: Transmissionsmessung:

15 Fangen des Atoms Experiment I Fangen in Dipolfalle:
785nm - rotverstimmt 310 Maxima Detektion eines Atoms: 780nm – resonant 312 Maxima Fallentiefe erhöhen Ein Atom wird in der Mitte des Resonators gefangen

16 Atomarer Übergang in Rubidium Experiment I
D2-Linie in 85Rb (F=3 zu F=4) σ+ polarisiertes Licht (mf=3 zu mf=4) effektives Zwei-Niveau-System

17 Kühlen des Atoms – Cavity Cooling Experiment I
Stark-Shift vergrößert Energieaufspaltung im Atom Kühl- und Messintervalle 500μs Kühlen 100μs Messen

18 Ergebnisse Experiment I
Vakuum-Rabi Aufspaltung bei Transmissionsmessung eindeutig sichtbar:

19 Ergebnisse Experiment I ωc ωa Höhe der Peaks abhängig von Detuning Δa
Stark-Shift verändert Δa = ωc – ωa = 2π × 35MHz ωa ωc

20 Experiment II Einführung
Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom Zusammenfassung

21 Photon Blockade with one trapped atom Experiment II
Birnbaum et al. (Caltech), Nature, 2005 Vakuum-Rabi Aufspaltung

22 Photon Blockade with one trapped atom Experiment II
Birnbaum et al. (Caltech), Nature, 2005 Vakuum-Rabi Aufspaltung Übergang in Cäsium (F= F‘=5) mit linear polarisiertem Licht

23 Experimenteller Aufbau
Experiment II

24 Ergebnis Experiment II
Paarkorrelationsfunktion zeigt klares Anti-Bunching der Photonen

25 Ergebnis Experiment II
Oszillation des Atoms führt zu Schwankungen in Transmission

26 Zusammenfassung Einführung
Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom Zusammenfassung

27 Zusammenfassung Cavity-QED: ein Atom mit einer Mode des EM Feldes
Jaynes-Cummings Modell Eigenenergien Erstes Dublett: Vakuum-Rabi Aufspaltung Energiespektrum mit Cavity QED messbar Mögliche Anwendungen in Quantum Information