Koherentní efekty v rozptylu světla na souborech několika atomů

Abstract

V tejto práci sa zaoberáme možnosťami zefektívnenia a kontroly fluorescencie emitovanej z jednotlivých atómov a malých atomárnych súborov s využitím priestorovej smerovosti svetla rozptýleného na kontrolovateľných priestorových kryštalických štruktúrach pozitívne nabitých iónov. Najprv teoreticky analyzujeme dôveryhodný model smerovosti emitovaného žiarenia v závislosti na polohách participujúcich atómov a natočení rozptyľujúcich dipólových prechodov s cieľom optimalizácie detekovateľného optického signálu pre realistické parametre optických prechodov i lokalizačných nastavení Pauliho pasce. Experimentálne je venovaný dôraz na efektívnu minimalizáciu kinetickej energie a priestorovú lokalizáciu iónov pomocou Dopplerovského laserového chladenia tak, aby v hustých iónových štruktúrach mohol byť udržiavaný stabilný kryštál. Výsledný systém jednofotónových emitorov skúmame pomocou merania korelačných funkcií prvého a druhého rádu na emitovanom optickom žiarení. Pozorovanie fázovej interferencie nám umožňuje overiť kritický predpoklad pre schémy využívajúce smerovú emisiu z kvantovo-previazaných kryštálov zodpovedajúci priestorovej nerozlíšiteľnosti rozptyľujúcich emitorov z pohľadu použitého optického detekčného usporiadania.

The presented work deals with possibilities of observation and control of directional emission from individual atoms and small atomic ensembles using the spatial directivity of light scattered on controllable crystalline structures of positively charged ions. We theoretically analyze feasible directional patterns of the emitted radiation according to the position and orientation of the participating atomic dipoles and then optimize the detectable optical signal for realistic parameters of linear Paul traps. Experimentally, we focus on the effective minimization of the kinetic energy and spatial jitter of ions using laser Doppler cooling, so that the dense ion structures could be kept in stable crystals. The resulting photon source is investigated by measuring the first and second-order correlation functions on emitted optical field. Phase interference observation allows us to verify the critical condition for directional emission schemes corresponding to the spatial indistinguishability of the scattering emitters within the particular optical detection arrangement.