論文の概要: Efficient Three-Dimensional Sub-Doppler Cooling of $^{40}$Ca$^+$ in a Penning Trap
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.02937v1
- Date: Tue, 03 Feb 2026 00:14:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-04 18:37:15.151813
- Title: Efficient Three-Dimensional Sub-Doppler Cooling of $^{40}$Ca$^+$ in a Penning Trap
- Title（参考訳）: ペニングトラップにおける$^{40}$Ca$^+$の高効率3次元サブドップラー冷却
- Authors: Brian J. McMahon, Brian C. Sawyer,
- Abstract要約: 我々は、磁場0.91Tのペニングトラップに閉じ込められたイオンを効率よくサブドップラーレーザー冷却することを示した。
このプロセスは108(8)$$sの1/e冷却時間定数を達成し、平均熱軸モードの占有時間を 72(23) から 1.5(3) に 800$s に減少させる。
このサブドップラー冷却は、円周振動周波数$_z = 2times$221 kHzで達成され、ドップラーレーザー冷却限界でラムディック閉じ込め状態の外側に運動をうまく配置する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We demonstrate efficient sub-Doppler laser cooling of the three eigenmodes of a $^{40}$Ca$^+$ ion confined in a compact Penning trap operating with a magnetic field of 0.91 T. Using the same set of laser beams as required for the initial Doppler laser cooling operation, we detune the laser frequencies to produce a narrow two-photon dark resonance. The process achieves a 1/e cooling time constant of 108(8) $μ$s, ultimately reducing the mean thermal axial mode occupation from 72(23) to 1.5(3) in 800 $μ$s as measured by resonantly probing an electric quadrupole transition near 729 nm. A parametric drive is applied to the trap electrodes which coherently exchanges the axial mode occupation with that of each radial mode, allowing for three-dimensional sub-Doppler cooling using only the axially-propagating laser beams. This sub-Doppler cooling is achieved for an axial oscillation frequency of $ω_z = 2π~\times~$221 kHz, which places the motion well outside of the Lamb Dicke confinement regime at the Doppler laser cooling limit. Our measured cooling rate and final mode occupation are in good agreement with a semiclassical model which combines a Lindblad master equation solution for ion-photon interactions with classical harmonic oscillator motion of the trapped ion.
- Abstract（参考訳）: 磁場0.91Tで作動する小型ペニングトラップに閉じ込められた$^{40}$Ca$^+$イオンの3つの固有モードを効率よくサブドップラーレーザー冷却することを示した。
このプロセスは108(8)$μ$sの1/e冷却時間定数を達成し、最終的に729nm付近の電気四極子遷移を共鳴的に探すことによって測定された平均熱軸モードの占有量を 72(23) から 1.5(3) に 800$μ$s に減少させる。
軸方向モード占有を各ラジアルモードのものと整合的に交換するトラップ電極にパラメトリックドライブを印加し、軸方向伝播レーザ光のみを用いた3次元サブドップラー冷却を可能にする。
このサブドップラー冷却は、約$ω_z = 2π~\times~$221 kHzの軸振動周波数に対して達成される。
測定された冷却速度と最終モードの占有量は、Lindbladマスター方程式解と、捕捉されたイオンの古典的調和振動子運動とのイオン-光子相互作用を組み合わせた半古典的モデルとよく一致している。
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