Implementation of a combined optical system for versatile generation of dipole potential

Abstract

Im Zuge dieser Arbeit wurde ein optisches System entworten und realisiert, das ein durch Axicon-LInsen erzeugtes, einstellbares Ringsmuster mit mayßgeschneiderten Lichtmustern, erzeugt und einem digitalen micromirror-divice (DMD) kombiniert. Dieses System wird in Experiment mit kalemt Li Quantengas integriert.Im ersten Teil werden verbesserte Ray-Tracing-Matrizen für Axicon-Linsen vorgestellt und das Verhalten von Systemen mit mehr Axicons analysiert. ein spezielle, kompaktes Design, das ein Ringmuster mit bequem einstellbarer Größe und scharfer Innenwnd erzeugt, wird modelliert und realisiert. Der zweite Teil präsentiert die Entwicklung eine vielseitigen Steuerungssoftware für das DMD, die eine Synchronisation des DMD mit den Experiment-Zyklen erlaubt und die Projektion verschiedener dynamischer Sequenzen ermöglicht. ein optischer Aufbau, der das DMD-Array direkt auf das atomare Ensemble abbildet, wurde realisiert.Der kombinierte Aufbau wird die Manipulation des Quantengases auf spezifische Weise ermögliche, sodass eine Reihe verschiedener Exerpimente durchgeführt werden kann. Eine Box mit harten Wänden und einer Potenzialanpassung im Inneren wird verwendet werden, um ein 2D-Gas mit einheitlicher dichte zu erzeugen. Dynamische Potenziale können zur Herstellung von Nichtgleichgewichtszuständen verwendet werden, und die Abflachung des axialen Fallenpotenzials für 1D-Systeme wird die Messung der Rapidität für experimentelle Tests der Theorie der verallgemeinerten Hydrodynamik ermöglichen.

In this thesis an optical system, combining an adjustable ring pattern created by axicon lenses and tailored light patterns created with a digital micro-mirror device (DMD) was designed and realized. This system will be integrated into a 6Li cold quantum gas experiment.In the first part improved ray-tracing matrices for axicon lenses are introduced and the performance of systems of multiple axicons is analysed. A particular compact design that creates a ring pattern with conveniently adjustable size and sharp inner wall was modelled and realized.The second part presents the development of a versatile control software for the DMD that allows for synchronization of the DMD with the experiment cycles and enables the projection of different dynamic sequences. An optical setup that images the DMD array directly onto the atomic ensemble was realized.The combined setup will enable the manipulation of the quantum gas in particular ways which will allow pursuing a number of different experiments. A hard-walled box with potential adjustment in the interior will be used to create a 2D gas with uniform density. Dynamic potentials can be used to prepare non-equilibrium states, and flattening the axial trap potential for 1D systems will enable the measurement of rapidity for experimental tests of the theory of generalized hydrodynamics.