DARK OPTICAL
TRAPS FOR COLD ATOMS
NIR FRIEDMAN, ARIEL KAPLAN and NIR DAVIDSON
Weizmann Institute of Science, Department of Physics of Complex
Systems,
I. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
II. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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A. Trapping Cold Atoms using Repulsive Dipole Forces . . . . . . . . . . . . .
. . . . 101
B. Loading Atoms into Dark Optical Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 103
C. Hollow Laser Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 104
III. Multiple-Laser-Beams Dark Optical Traps . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 106
A. Adding Beams Incoherently: Light-sheets and Hollow-beam Traps . . . . . . .
. 107
B. Evanescent-wave Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 109
C. Using Interference: Dark Optical Lattices . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 111
IV. Single-Beam Dark Optical Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 113
A. Generating Dark Volumes using Refractive Optical Elements: Axicon Traps . . 113
B. Creating Single-beam Dark Traps with Diffractive Optical Elements . . . . .
. . 115
C. Scanning-beam Dark Optical Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 122
D. Comparing Different Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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V. Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 127
A. Manipulations in Phase Space: Cooling and Compression . . . . . . . . . . .
. . . 127
B. Precision Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 136
C. Dynamics of the Trapped Atoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 141
VI. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 147
VII. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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