|
|
Trapping and cooling of single ions for frequency metrology and quantum optics experiments
Slodička, L. ; Pham, Minh Tuan ; Lešundák, Adam ; Hucl, Václav ; Čížek, Martin ; Hrabina, Jan ; Řeřucha, Šimon ; Lazar, Josef ; Obšil, P. ; Filip, R. ; Číp, Ondřej
Single trapped ions trapped in Paul traps correspond to ideal candidates for realization of extremely accurate optical atomic clocks and practical studies of the light–atom interactions and nonlinear mechanical dynamics. These systems benefit from both, the superb isolation of the ion from surrounding environment and excellent control of its external and internal\ndegrees of freedom, at the same time, which makes them exquisite platforms for experimental studies and applications of light matter interaction at its most fundamental level. The exceptional degree of control of single or few ion's state enabled in past decade number of major advancements in the applications from the fields of experimental quantum information\nprocessing and frequency metrology, including recent realization of scalable Shor's\nalgorithm, fractional uncertainties of the frequency measurements close to 10-18 level, or simulations of complex quantum many-body effects. These results, together with the rapid advancements in the production of low-noise segmented micro-traps, promise prompt access to long-desired regimes of quantum optomechanics and further development and applications\nof optical atomic clocks.
|
|
|
Frekvenčně stabilizovaný polovodičový laserový zdroj pro interferometrii s vysokým rozlišením
Řeřucha, Šimon ; Hucl, Václav ; Holá, Miroslava ; Čížek, Martin ; Pham, Minh Tuan ; Pravdová, Lenka ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Sestavili jsme experimentální laserový systém, založený na laserové diodě typu DBR (Distributed Bragg Reflector), frekvenčně stabilizovaný na absorpční čáry v parách molekulárního jodu. Laserový systém operuje na vlnové délce ležící v blízkosti vlnové délky stabilizovaných helium-neonových (HeNe) laserů (tj. 633 nm), které představují de-facto standardní laserový zdroj v oblasti metrologie délek. Cílem bylo ověřit, že parametry takového systému umožní jej využít jako náhradu právě He-Ne laserů, která navíc umožní větší rozsah a větší šířku pásma přeladění optické frekvence a vyšší výkon. Experimentálně jsme ověřili základní charakteristiky laserového zdroje, které jsme dále porovnali s charakteristikami typického frekvenčně stabilizovaného He-Ne laseru. K tomu jsme využili experimentální uspořádání blízké typickým využitím laserové interferometrie v metrologii délky. Výsledky prokazují, že laserový systém, založený na laserové diodě DBR představuje vhodný zdroj pro aplikace v (nano) metrologii délky tím, že zachovává fundamentální požadavky na laserový zdroj jako frekvenční stabilita a koherenční délka a zároveň umožňuje přeladění optické frekvence o více než 0.5 nm s šířkou pásma modulace až několik MHz, vyšší výkon v řádu několika mW a díky stabilizaci i fundamentální metrologickou návaznost.
|
|
|
Detekce frekvenčního šumu polovodičového laseru pracujícího na vlnové délce 729 nm
Pham, Minh Tuan ; Čížek, Martin ; Hucl, Václav ; Lazar, Josef ; Hrabina, Jan ; Řeřucha, Šimon ; Lešundák, Adam ; Číp, Ondřej
Práce se zabývá analýzou frekvenčního šumu laserové diody s externím rezonátorem (ECDL), pracující na vlnové délce 729 nm. ECDL bude sloužit jako budící laser zakázaného přechodu, zachyceného a zchlazeného, 40Ca+ iontu. Z tohoto důvodu je nutné, aby spektrální šířka tohoto laseru byla v řádu Hz a nižší. Součástí práce je experimentální design sestavy umožňující zúžení spektrální čáry pomocí fázového uzamčení frekvence laseru na vybranou komponentu optického frekvenčního hřebene, kde je šum potlačen rychlým elektronickým regulátorem se servosmyčkou, který řídí vstupní proud laseru.
|
|
|
Vysokofrekvenční rezonátor pro napájení iontové pasti
Jedlička, Petr ; Pham, Minh Tuan ; Čížek, Martin ; Pavelka, Jan ; Lešundák, Adam ; Hucl, Václav ; Hrabina, Jan ; Řeřucha, Šimon ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Byly navrženy a vyrobeny dvě verze rezonátorů - asymetrická a symetrická. Základem rezonátoru cívka, která tvoří s kapacitou iontové pasti paralelní rezonanční obvod. Energie je do rezonátoru přiváděna \npomocí vazební indukčnosti. Sestava rezonátoru byla doplněna výstupy pro monitoring \nvysokofrekvenčního napětí. Obě verze byly naladěny a proměřeny.\n\n
|
|
|
Dvojice fázově synchronizovaných polovodičových laserů pro délkovou metrologii
Hucl, Václav ; Holá, Miroslava ; Čížek, Martin ; Řeřucha, Šimon ; Pham, Minh Tuan ; Pravdová, Lenka ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Polovodičové lasery nacházejí stále širší uplatnění v oblastech, kde dominují prozatím plynové He-Ne lasery. Jednou z takových oblastí je i délková metrologie, kde He-Ne laser pracující na vlnové délce 633 nm je stále tradičním zdrojem koherentního světla pro laserový interferometr odměřující vzdálenost. Výhodou polovodičových laserů oproti He-Ne laserům mají řádově větší optický výkon a výrazně širší rozsah přeladění vlnové délky bez modových přeskoků. Další výhodou je frekvenční modulace vlnové délky laserové diody přímou změnou hodnoty injekčního proudu. Zmíněné výhody předurčují takové laserové diody pro realizaci dvoufrekvenčních laserových zdrojů pro heterodynní interferometrii. V tomto případě je pomocí fázového závěsu optická frekvence jedné laserové diody zavěšena na optickou frekvenci laserové diody druhé a zároveň jsou optické frekvence obou laserů vzájemně odladěny o požadovanou hodnotu v řádu MHz. V našem příspěvku představujeme využití laserových diod s vnitřní strukturou s Braggovskou mřížkou pro realizaci dvoufrekvenčního laserového zdroje, který je určen pro laserovou interferometrii s heterodynní detekcí.
|
|
|
Fázově koherentní přenos stabilní optické frekvence pro senzorické sítě
Čížek, Martin ; Pravdová, Lenka ; Hucl, Václav ; Řeřucha, Šimon ; Hrabina, Jan ; Mikel, Břetislav ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Využití optických vláken pro fázově koherentní přenosy vysoce stabilních optických frekvencí na velké vzdálenosti je testováno světovými metrologickými laboratořemi již řadu let. Současný rozmach moderních optovláknových senzorů v průmyslových aplikacích vytváří poptávku po transferu technologie fázově koherentních přenosů z laboratoří do průmyslové praxe. Příkladem může být dálková kalibrace tenzometrů pracujících na principu Braggových vláknových mřížek. V našem příspěvku prezentujeme 306 km dlouhou obousměrnou experimentální optickou trasu pro fázově koherentní přenosy z pracoviště oddělení Koherenční optiky na ÚPT AVČR v Brně do laboratoře sdružení CESNET v Praze. Linka využívá telekomunikační vlákno s vyhrazeným DWDM oknem 1540-1546 nm. V tomto okně probíhá stabilizovaný fázově koherentní přenos laserového normálu pracujícího na vlnové délce 1540,5 nm a obousměrný přenos časových značek 1PPS z časových normálů na obou koncích trasy. V příspěvku je diskutováno dlouhodobé měření fluktuací transportního zpoždění a relativní stability linky.
|
|
|
Laserové chlazení zachycených iontů pro metrologii frekvence a času
Číp, Ondřej ; Pham, Minh Tuan ; Čížek, Martin ; Lešundák, Adam ; Hucl, Václav ; Hrabina, Jan ; Řeřucha, Šimon ; Jedlička, Petr ; Lazar, Josef
Současný výzkum v oboru laserového chlazení zachycených iontů vede k získání izolovaných iontů v základním pohybovém stavu. Detekce excitovaného Dopplerovsky zchlazeného iontu na jeho kvadrupólový přechod elektronické struktury dává příležitost ke stabilizaci vysoce koherentních laserů na optické frekvenci řádu stovek THz. Tímto způsobem lze definovat nový standard času či optické frekvence zvaný "Optické atomové hodiny". Ústav přístrojové techniky v Brně ve spolupráci s Katedrou optiky Univerzity Palackého v Olomouci realizují unikátní výzkumnou infrastrukturu pro laserové chlazení 40Ca+ iontů a následné experimenty kvantové mechaniky a spektroskopie ve společné laboratoři v Brně. V současnosti jsou rutinně generovány a zachytávány 40Ca+ ionty. Je prováděno jejich Dopplerovské chlazení prostřednictvím dipólového přechodu na vlnové délce 397 nm a prováděna detekce a spektroskopie elektronické struktury iontu a výskyt jeho temných rezonancí.
|
|
|
Automatický systém pro kalibraci koncových měrek optimalizovaný pro legální délkovou metrologii
Buchta, Zdeněk ; Šarbort, Martin ; Čížek, Martin ; Hucl, Václav ; Řeřucha, Šimon ; Pikálek, Tomáš ; Dvořáčková, Š. ; Dvořáček, F. ; Kůr, J. ; Konečný, P. ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Článek prezentuje bezkontaktní systém pro kalibraci koncových měrek, kombinující laserovou interferometrii a interferometrii nízké koherence. Absolutní hodnota koncové měrky je pak měřena bezkontaktně a jednokrokově, bez nutnosti jakékoli změny v optické sestavě v průběhu měření. Optická sestava je kombinována s podavačem koncových měrek o kapacitě 126 kusů, což umožňuje automatizaci celého měření.\nČlánek prezentuje optimalizační kroky pro přizpůsobení navrženého systému požadavkům sekundární délkové metrologie. Jsou prezentovány výsledky měření, srovnávající nový systém s referenčním systémem TESA-UPC, instalovaným v laboratořích Českého metrologického institutu.
|
|
|
Adaptive optics for control of the laser welding process
Mrňa, Libor ; Šarbort, Martin ; Řeřucha, Šimon ; Jedlička, Petr
The laser head with fixed focus optics is commonly used for the deep penetration laser welding. In such case the geometry and position of the beam waist are defined by the focusing lens. If the laser beam incident on the focusing lens is not well collimated but divergent and its divergence can be varied by proper adaptive optical elements, then also the geometry and position of the focus will be changeable. In this way it is possible to affect the energy coupling from the laser beam to the keyhole walls and thus to control the geometry and quality of the weld. In this paper we present a theoretical and numerical study of the beam shaping by adaptive optics and its influence on the weld quality. For the CO2 laser welding machine the adaptive optics was realized by a deformable mirror and its effect was tested also experimentally. For the solid-state laser welding machine we designed a laser head with changeable distance between the optical fiber and the collimating lens and we simulated its performance.
|
|
|
SMV-2015-38: Možnosti realizace laserového zdroje pro distribuci stabilních optických frekvencí
Hrabina, Jan ; Pravdová, Lenka ; Čížek, Martin ; Pham, Minh Tuan ; Hucl, Václav ; Řeřucha, Šimon ; Číp, Ondřej
Předmětem projektu SMV bylo vypracování odborné studie a ověření proveditelnosti/dosažitelných parametrů velmi stabilního laserového zdroje pro generování velmi stabilní optické frekvence s požadavkem na velmi vysokou koherenci výstupního záření. Výzkum zahrnoval: odborný rozbor a vypracování studie možností realizace frekvenčně stabilizovaného laserového zdroje pro distribuci velmi stabilních optických kmitočtů po stávajících optovláknových telekomunikačních linkách (~1541 nm) a experimentální ověření dosažitelnosti požadovaných parametrů tohoto zdroje: výběr vhodného laserového zdroje s ohledem na požadované přenosové pásmo; důraz na požadavek vysoké koherence výstupního záření laseru (přenosy na velmi dlouhé vzdálenosti) a na vysokou stabilitu výstupní optické frekvence; možnosti metrologické návaznosti měření; teoretické srovnání dosažitelných parametrů navrženého zdroje s jinými dostupnými laserovými standardy; experimentální ověření vybraného konceptu laserového zdroje s měřením dosažitelných hodnot klíčových parametrů; součástí experimentální části byl návrh řídící elektroniky pro detekci velmi slabých záznějových RF signálů (měření frekvenční stability laserových zdrojů srovnáváním s vybranými optickými komponenty frekvenčního kombu); součástí práce bylo shrnutí všech klíčových výsledků v detailní studii.
|
host ::
RSS.