Investigación

Accurate absolute measurement of trapped Cs atoms in a MOT

M. Talavera O.ª ^{, b}, M. López R.ª, E. de Carlos L.ª, and S. Jiménez S.^b

ª División de Tiempo y Frecuencia, Centro Nacional de Metrología, CENAM, km 4.5 Carretera a los Cués, El Marques, Querétaro, 76241, México.

^b Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN, Unidad Querétaro, Libramiento Norponiente No. 2000, Fracc. Real de Juriquilla, Qro, 76230 México.

Recibido el 16 de enero de 2007
Aceptado el 28 de junio de 2007

Abstract

A Cs-133 Magneto-Optical Trap (MOT) has been developed at the Time and Frequency Division of the Centro Nacional de Metrología, CENAM, in Mexico. This MOT is part of a primary frequency standard based on ultra-cold Cs atoms, called CsF-1 clock, under development at CENAM. In this Cs MOT, we use the standard configuration (σ⁺ — σ^-) 4-horizontal 2-vertical laser beams 1.9 cm in diameter, with 5 mW each. We use a 852 nm, 5 mW, DBR laser as a master laser which is stabilized by saturation spectroscopy. Emission linewidth of the master laser is 1 MHz. In order to amplify the light of the master laser, a 50 mW, 852 nm AlGaAs laser is used as slave laser. This slave laser is stabilized by light injection technique. A 12 MHz red shift of the light is performed by two double passes through two Acusto-Optic Modulators (AOMs). The optical part of the CENAMs MOT is very robust against mechanical vibration, acoustic noise and temperature changes in our laboratory, because none of our diode lasers use an extended cavity to reduce the linewidth. In this paper, we report results of our MOT characterization as a function of several operation parameters such as the intensity of laser beams, the laser beam diameter, the red shift of light, and the gradient of the magnetic field. We also report accurate absolute measurement of the number of Cs atoms trapped in our Cs MOT. We found up to 6 x 10 ⁷ Cs atoms trapped in our MOT measured with an uncertainty no greater than 6.4%.

Keywords: Time and Frequency Metrology; cold Cs atoms; MOT; diode lasers; laser stabilization.

Resumen

Una Trampa Magneto-Óptica (MOT) de Cs-133 se ha desarrollado en la División de Tiempo y Frecuencia del Centro Nacional de Metrología, CENAM, en Mexico. Esta MOT es parte de un patrón primario de frecuencia basado en átomos ultra fríos de Cs, llamado reloj CsF-1 que se encuentra en desarrollo en el CENAM. En esta MOT de Cs, se emplea la configuracion estándar (σ⁺ — σ^-) de 4 haces laser horizontales y 2 verticales de 1.9 cm de diametro con 5 mW de potencia cada uno. Se utiliza un láser DBR de 852 nm y 5 mW como láser maestro estabilizado por espectroscopia de saturación. El ancho de línea de emision del láser maestro es de 1 MHz. Para amplificar la luz del láser maestro, se emplea un laser esclavo de AlGaAs de 852 nm y 50 mW de potencia. Este láser esclavo es estabilizado por la técnica de inyección de luz. Se realiza un corrimiento de la luz al rojo de 12 MHz por un doble paso a través de dos Moduladores Acusto-Ópticos (AOMs). La parte óptica de la MOT del CENAM es muy robusta contra la vibracion mecánica, el ruido acústico y los cambios de temperatura en el laboratorio, debido a que ninguno de los diodos laser emplea una cavidad extendida para reducir el ancho de línea. En este trabajo se reportan los resultados de la caracterizacion de la MOT como una función de varios parámetros de operación tales como: intensidad y diámetro de los haces láser, corrimiento al rojo de la luz y el gradiente de campo magnético. También se reportan mediciones absolutas del número de átomos de Cs atrapados en la MOT. Se encontraron mas de 6 x 10⁷ atomos de Cs atrapados, medidos con una incertidumbre que en ningún caso es mayor a 6.4%.

Descriptores: Metrología de Tiempo y Frecuencia; átomos de Cs fríos; MOT; láseres diodo; estabilización láser.

PACS: 32.80.Pj; 42.62.Eh; 06.30.Ft

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