Academic literature on the topic 'Sieci optyczne'

Głównym tematem niniejszej rozprawy jest analiza kilku teoretycznych propozycji tego, jak zrealizować ciekawe topologiczne stany materii przy użyciu układów zimnych atomów. Dużo uwagi zostało w ostatnich latach poświęcone topologicznemu porządkowi, ponieważ to pojęcie, pierwotnie znane głównie z obserwacji ułamkowego efektu Halla, udało się uogólnić na szerszą klasę fizycznych układów, w których objawia się w postaci nielokalnych niezmienników topologicznych. Poszukiwania nowych topologicznych modeli i sposobów ich implementacji są podejmowanie nie tylko jako ekscytująca możliwość badania wyjątkowych efektów mechaniki kwantowej, ale także ze względu na korzyści z ich potencjalnego wykorzystania w pewnych nowo powstających technologiach, takich jak informatyka kwantowa. Sieci optyczne, dzięki łatwości i dokładności z jaką można je modyfikować, są często wykorzystywane w tego typu rozważaniach. W te działania wpisuje się też obecna rozprawa, jako że przedstawiona została tu analiza wybranych topologicznych modeli przy użyciu metod numerycznych, ze szczególnym naciskiem na określenie wykonalności eksperymentalnej realizacji tych modeli. Wyniki tutaj przedstawione są naturalnie powiązane z pewnymi wcześniejszymi pracami. Po krótkim zapoznaniu czytelnika z charakterystyką układów zimnych atomów i pojęciem porządku topologicznego w rozdziale 1, kolejne rozdziały stanowią zwięzłe podsumowanie wyników 3 prac badawczych, na których oparta jest ta rozprawa. Rozdział 2 zawiera dyskusję na temat realizacji emergentnego modelu Rice'a-Melego w jednowymiarowej sieci optycznej. Ten szeroko znany model został już zrealizowany w grupie I. Blocha przy wykorzystaniu innej metody. Propozycja tutaj rozważana ma w odniesieniu do niej pewne zalety, takie jak ułatwione formowanie defektów sieci, co jest konsekwencją jej emergentnej natury. Przechodząc do oddziałujących układów, rozdział 3 skupia się na jednowymiarowym, rozszerzonym modelu Hubbarda dla wypełnienia V = 3/2 i U = 2V, który przy zerowym tunelowaniu odpowiada pewnemu topologicznego układowi w granicy cienkiego torusa. Sprawdzamy, czy ta równoważność jest spełniona także w przypadku niezaniedbywalnego tunelowania i przyglądamy się uważniej kwantowemu przejściu fazowemu, które jest obecne w tym układzie. Rozdział 4 przedstawia analizę rozszerzonego modelu Bosego-Hubbarda w kontekście eksperymentalnej realizacji w jednowymiarowej sieci optycznej zawierającej dipolowe cząstki, ze szczególnym uwzględnieniem topologicznej fazy izolatora Haldane'a i zjawiska superciekłości par, które są konsekwencją dalekozasięgowych oddziaływań. Dwa załączniki stanowią krótkie przedstawienie użytych w rozprawie metod numerycznych, czyli dokładnej diagonalizacji i grupy renormalizacji dla macierzy gęstości (ang. density matrix renormalization group). Celem tutaj jest jedynie krótkie zarysowanie kilku użytecznych, zdaniem autora, właściwości tych technik, bardziej szczegółową ich analizę można znaleźć w przytoczonych referencjach.<br>The aim of this thesis is the investigation of a few theoretical propositions of realizing various interesting topological states of matter using cold atomic systems. The topological order in quantum mechanics has been given much attention in the recent years as this concept, previously known mostly from the observation of the fractional quantum Hall effect, has been generalized for a broader range of physical systems, where it can manifest itself in the form of non-local topological invariants. The search for new topological models and their implementations is undertaken not only because it is an exciting opportunity to study unique quantum mechanical effects, but also because they may be useful in some emerging technologies, such as quantum computing. Optical lattices are naturally a popular choice for such considerations due to an ease with which they can be modified and fine-tuned. The present thesis fits in this general scheme, as it focuses on a proper numerical evaluation of selected topological lattice models, paying great attention to their experimental feasibility. In a natural way the results presented here are related to other, earlier works. After Chapter 1 containing preliminaries introducing the reader into specific features of cold atom settings and the topological order, in consecutive chapters we give a short summary of the main results published in 3 research articles forming the main part of the thesis. Chapter 2 discusses a realization of the emergent Rice-Mele model in a one-dimensional optical lattice. This paradigmatic model has already been realized experimentally in I. Bloch group using different techniques. On the other hand, the proposition we consider benefits from the ease of formation of defects, which is a consequence of its emergent nature. Moving on to systems with interactions, Chapter 3 focuses on the one-dimensional extended Bose-Hubbard model for filling V = 3/2 and U = 2V, which for zero tunneling corresponds to the thin-torus limit of the topological system. We investigate whether this equivalence is still valid for non-negligible tunneling and take a closer look at the quantum phase transition in the system. Chapter 4 contains the analysis of the extended Bose-Hubbard model in the context of an experimentally plausible realization in a one-dimensional optical lattice of dipolar particles, with the emphasis on the topological Haldane insulator phase and on the pair-superfluid phenomena that arise as an effect of long-range interactions. The two appendices are technical and describe shortly the numerical tools used, namely the exact diagonalization and the density matrix renormalization group. Here the aim is to provide some useful, in the author's opinion, hints for the interested reader rather than a precise introduction to the techniques which are more comprehensively discussed already in the references given.

Rozprawa omawia wybrane zastosowania metrologiczne zimnych atomów pułapkowanych optycznie na przykładzie dwóch eksperymentów: pułapki dipolowej dla zimnych atomów rubidu oraz sieci optycznej dla atomów strontu, będącej częścią większego przedsięwzięcia: pierwszego polskiego atomowego zegara optycznego. Optyczna pułapka dipolowa dla atomów rubidu powstała w laboratorium Zimnych Atomów Zakładu Fotoniki Uniwersytetu Jagiellońskiego. Celem budowy nowego stanowiska eksperymentalnego jest możliwości badania nieliniowych efektów magnetooptycznych, jak na przykład efekt Fardaya do celów precyzyjnej magnetometrii. W pierwszym etapie atomy rubidu są chłodzone w dwuwymiarowej pułapce magneto-optycznej (2D-MOT), formując strumień wstępnie schłodzonych atomów dla trójwymiarowej pułapki magnetooptycznej (3D-MOT). Proces przeładowania i formowania wiązki i jest szczegółowo opisany i scharakteryzowany.Następnie zimne atomy są do pułapki optycznej dipolowej (ODT), która przestrzennie przekrywa się z 3D-MOT. Rozprawa opisuje wyniki badania efektu Faradaya w optycznej pułapce dipolowej. Sieć optyczna dla atomów strontu jest częścią budowy Polskiego Optycznego Zegara Atomowego (POZA) w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej. Szczegółowo opisana jest aparatura tworząca strontowy standard częstotliwości dla zegara atomowego. Omówione są wyniki badania spektroskopii ultra-wąskiego przejścia zegarowego w próbkach atomów Strontu oraz stabilności stworzonego na jego bazie zegara optycznego.<br>Two experiments with laser-cooled atoms held in an optical dipole traps are described in the dissertation. First is dedicated to non-linear magneto-optical effects in rubidium atoms, while second is devoted to optical lattice trap for strontium atoms. Selected metrological applications of optically trapped cold atoms in both experiments are discussed and presented. A dipole trap setup has been built at the Department of Photonics in Jagiellonian University. It is aimed at investigations of nonlinear magneto-optical effects like precise magnetometry by Faraday effect. A compact two-dimensional magneto optical (2D-MOT) trap with permanent magnets serves as a source of cold rubidium atoms for further cooling in three-dimensional magneto-optical trap (3D-MOT). The 2D-MOT is described and characterised. The results of the loading an optical dipole trap (ODT) from a the 3D-MOT are then presented. It is followed by the results of a Faraday rotation of a resonant laser beam with atoms confined in the final stage of confinement in ODT. The strontium lattice experiment is a part of a larger project: the construction of the first polish optical atomic clock (project Polish Optical Atomic Clock) at the National Laboratory for Atomic, Molecular and Optical Physics. An introduction to time and frequency metrology with optical clocks is given. We describe strontium atoms confined in the optical lattice as a frequency reference for the optical clock in detail. The results of precision spectroscopy of ultra- narrow clock transition in bosonic Sr-88 and the measurements of the clock stability based on atomic reference are presented and discussed.