Abstract

We demonstrate a novel optical dipole trap that is based on enhancement of the optical power density of a Nd:YAG laser beam in a resonator. The trap is particularly suited for experiments with ultracold gases, as it combines a potential depth of the order of 1  mK with storage times of several tens of seconds. We study the interactions in a gas of fermionic lithium atoms in our trap and observe the influence of spin-changing collisions and off-resonant photon scattering. A key element in reaching long storage times is the use of an ultralow-noise laser. The dependence of storage time on laser noise is investigated.

© 2001 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. Grimm, M. Weidemüller, and Y. B. Ovchinnikov, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 42, 95 (2000).
    [CrossRef]
  2. J. Ye, D. W. Vernooy, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 83, 4987 (1999).
    [CrossRef]
  3. C. J. Hood, T. W. Lynn, A. C. Doherty, A. S. Parkins, and H. J. Kimble, Science 287, 1447 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. P. W. H. Pinkse, T. Fischer, P. Maunz, and G. Rempe, Nature 404, 365 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
    [CrossRef]
  6. P. Horak, G. Hechenblaikner, K. M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
    [CrossRef]
  7. V. Vuletic̀ and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 3787 (2000).
    [CrossRef]
  8. A. G. Truscott, K. E. Strecker, W. I. McAlexander, G. B. Partridge, and R. G. Hulet, Science 291, 2570 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
    [CrossRef]
  10. M. Houbiers, H. T. C. Stoof, W. I. McAlexander, and R. G. Hulet, Phys. Rev. A 57, R1497 (1998).
    [CrossRef]
  11. K. M. O’Hara, M. E. Gehm, S. R. Granade, S. Bali, and J. E. Thomas, Phys. Rev. Lett. 85, 2092 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. T. W. Hänsch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
    [CrossRef]
  13. This calculation is based on a two-level approximation that takes into account rotating and counterrotating terms of the D lines of Li.1
  14. U. Schünemann, H. Engler, M. Zielonkowski, M. Weidmüller, and R. Grimm, Opt. Commun. 158, 263 (1998).
    [CrossRef]
  15. G. M. Bruun and C. W. Clark, Phys. Rev. A 61, 061601 (2000).
    [CrossRef]
  16. M. E. Gehm, K. M. O’Hara, T. A. Savard, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 58, 3914 (1998).
    [CrossRef]

2001 (2)

A. G. Truscott, K. E. Strecker, W. I. McAlexander, G. B. Partridge, and R. G. Hulet, Science 291, 2570 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
[CrossRef]

2000 (6)

R. Grimm, M. Weidemüller, and Y. B. Ovchinnikov, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 42, 95 (2000).
[CrossRef]

C. J. Hood, T. W. Lynn, A. C. Doherty, A. S. Parkins, and H. J. Kimble, Science 287, 1447 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

P. W. H. Pinkse, T. Fischer, P. Maunz, and G. Rempe, Nature 404, 365 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

K. M. O’Hara, M. E. Gehm, S. R. Granade, S. Bali, and J. E. Thomas, Phys. Rev. Lett. 85, 2092 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

V. Vuletic̀ and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 3787 (2000).
[CrossRef]

G. M. Bruun and C. W. Clark, Phys. Rev. A 61, 061601 (2000).
[CrossRef]

1999 (1)

J. Ye, D. W. Vernooy, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 83, 4987 (1999).
[CrossRef]

1998 (4)

M. Houbiers, H. T. C. Stoof, W. I. McAlexander, and R. G. Hulet, Phys. Rev. A 57, R1497 (1998).
[CrossRef]

A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
[CrossRef]

M. E. Gehm, K. M. O’Hara, T. A. Savard, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 58, 3914 (1998).
[CrossRef]

U. Schünemann, H. Engler, M. Zielonkowski, M. Weidmüller, and R. Grimm, Opt. Commun. 158, 263 (1998).
[CrossRef]

1997 (1)

P. Horak, G. Hechenblaikner, K. M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
[CrossRef]

1980 (1)

T. W. Hänsch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
[CrossRef]

Bali, S.

K. M. O’Hara, M. E. Gehm, S. R. Granade, S. Bali, and J. E. Thomas, Phys. Rev. Lett. 85, 2092 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Bruun, G. M.

G. M. Bruun and C. W. Clark, Phys. Rev. A 61, 061601 (2000).
[CrossRef]

Chu, S.

V. Vuletic̀ and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 3787 (2000).
[CrossRef]

Clark, C. W.

G. M. Bruun and C. W. Clark, Phys. Rev. A 61, 061601 (2000).
[CrossRef]

Corwin, K. L.

F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
[CrossRef]

Couillaud, B.

T. W. Hänsch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
[CrossRef]

Cubizolles, J.

F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
[CrossRef]

Doherty, A. C.

C. J. Hood, T. W. Lynn, A. C. Doherty, A. S. Parkins, and H. J. Kimble, Science 287, 1447 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Engler, H.

U. Schünemann, H. Engler, M. Zielonkowski, M. Weidmüller, and R. Grimm, Opt. Commun. 158, 263 (1998).
[CrossRef]

Ferrari, G.

F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
[CrossRef]

Fischer, T.

P. W. H. Pinkse, T. Fischer, P. Maunz, and G. Rempe, Nature 404, 365 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Gehm, M. E.

K. M. O’Hara, M. E. Gehm, S. R. Granade, S. Bali, and J. E. Thomas, Phys. Rev. Lett. 85, 2092 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

M. E. Gehm, K. M. O’Hara, T. A. Savard, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 58, 3914 (1998).
[CrossRef]

Gheri, K. M.

P. Horak, G. Hechenblaikner, K. M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
[CrossRef]

Granade, S. R.

K. M. O’Hara, M. E. Gehm, S. R. Granade, S. Bali, and J. E. Thomas, Phys. Rev. Lett. 85, 2092 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Grangier, P.

A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
[CrossRef]

Grelu, Ph.

A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
[CrossRef]

Grimm, R.

R. Grimm, M. Weidemüller, and Y. B. Ovchinnikov, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 42, 95 (2000).
[CrossRef]

U. Schünemann, H. Engler, M. Zielonkowski, M. Weidmüller, and R. Grimm, Opt. Commun. 158, 263 (1998).
[CrossRef]

Hänsch, T. W.

T. W. Hänsch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
[CrossRef]

Hechenblaikner, G.

P. Horak, G. Hechenblaikner, K. M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
[CrossRef]

Hood, C. J.

C. J. Hood, T. W. Lynn, A. C. Doherty, A. S. Parkins, and H. J. Kimble, Science 287, 1447 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Horak, P.

P. Horak, G. Hechenblaikner, K. M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
[CrossRef]

Houbiers, M.

M. Houbiers, H. T. C. Stoof, W. I. McAlexander, and R. G. Hulet, Phys. Rev. A 57, R1497 (1998).
[CrossRef]

Hulet, R. G.

A. G. Truscott, K. E. Strecker, W. I. McAlexander, G. B. Partridge, and R. G. Hulet, Science 291, 2570 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

M. Houbiers, H. T. C. Stoof, W. I. McAlexander, and R. G. Hulet, Phys. Rev. A 57, R1497 (1998).
[CrossRef]

Khayovich, L.

F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
[CrossRef]

Kimble, H. J.

C. J. Hood, T. W. Lynn, A. C. Doherty, A. S. Parkins, and H. J. Kimble, Science 287, 1447 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ye, D. W. Vernooy, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 83, 4987 (1999).
[CrossRef]

Lynn, T. W.

C. J. Hood, T. W. Lynn, A. C. Doherty, A. S. Parkins, and H. J. Kimble, Science 287, 1447 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Maunz, P.

P. W. H. Pinkse, T. Fischer, P. Maunz, and G. Rempe, Nature 404, 365 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

McAlexander, W. I.

A. G. Truscott, K. E. Strecker, W. I. McAlexander, G. B. Partridge, and R. G. Hulet, Science 291, 2570 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

M. Houbiers, H. T. C. Stoof, W. I. McAlexander, and R. G. Hulet, Phys. Rev. A 57, R1497 (1998).
[CrossRef]

Mewes, M.-O.

F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
[CrossRef]

O’Hara, K. M.

K. M. O’Hara, M. E. Gehm, S. R. Granade, S. Bali, and J. E. Thomas, Phys. Rev. Lett. 85, 2092 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

M. E. Gehm, K. M. O’Hara, T. A. Savard, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 58, 3914 (1998).
[CrossRef]

Ovchinnikov, Y. B.

R. Grimm, M. Weidemüller, and Y. B. Ovchinnikov, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 42, 95 (2000).
[CrossRef]

Parkins, A. S.

C. J. Hood, T. W. Lynn, A. C. Doherty, A. S. Parkins, and H. J. Kimble, Science 287, 1447 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Partridge, G. B.

A. G. Truscott, K. E. Strecker, W. I. McAlexander, G. B. Partridge, and R. G. Hulet, Science 291, 2570 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Pinkse, P. W. H.

P. W. H. Pinkse, T. Fischer, P. Maunz, and G. Rempe, Nature 404, 365 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Poizat, J.-Ph.

A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
[CrossRef]

Rempe, G.

P. W. H. Pinkse, T. Fischer, P. Maunz, and G. Rempe, Nature 404, 365 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Ritsch, H.

P. Horak, G. Hechenblaikner, K. M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
[CrossRef]

Roch, J. F.

A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
[CrossRef]

Salomon, C.

F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
[CrossRef]

Savard, T. A.

M. E. Gehm, K. M. O’Hara, T. A. Savard, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 58, 3914 (1998).
[CrossRef]

Schreck, F.

F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
[CrossRef]

Schünemann, U.

U. Schünemann, H. Engler, M. Zielonkowski, M. Weidmüller, and R. Grimm, Opt. Commun. 158, 263 (1998).
[CrossRef]

Sinatra, A.

A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
[CrossRef]

Stecher, H.

P. Horak, G. Hechenblaikner, K. M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
[CrossRef]

Stoof, H. T. C.

M. Houbiers, H. T. C. Stoof, W. I. McAlexander, and R. G. Hulet, Phys. Rev. A 57, R1497 (1998).
[CrossRef]

Strecker, K. E.

A. G. Truscott, K. E. Strecker, W. I. McAlexander, G. B. Partridge, and R. G. Hulet, Science 291, 2570 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Thomas, J. E.

K. M. O’Hara, M. E. Gehm, S. R. Granade, S. Bali, and J. E. Thomas, Phys. Rev. Lett. 85, 2092 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

M. E. Gehm, K. M. O’Hara, T. A. Savard, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 58, 3914 (1998).
[CrossRef]

Truscott, A. G.

A. G. Truscott, K. E. Strecker, W. I. McAlexander, G. B. Partridge, and R. G. Hulet, Science 291, 2570 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Vernooy, D. W.

J. Ye, D. W. Vernooy, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 83, 4987 (1999).
[CrossRef]

Vigneron, K.

A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
[CrossRef]

Vuletic`, V.

V. Vuletic̀ and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 3787 (2000).
[CrossRef]

Wang, K.

A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
[CrossRef]

Weidemüller, M.

R. Grimm, M. Weidemüller, and Y. B. Ovchinnikov, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 42, 95 (2000).
[CrossRef]

Weidmüller, M.

U. Schünemann, H. Engler, M. Zielonkowski, M. Weidmüller, and R. Grimm, Opt. Commun. 158, 263 (1998).
[CrossRef]

Ye, J.

J. Ye, D. W. Vernooy, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 83, 4987 (1999).
[CrossRef]

Zielonkowski, M.

U. Schünemann, H. Engler, M. Zielonkowski, M. Weidmüller, and R. Grimm, Opt. Commun. 158, 263 (1998).
[CrossRef]

Adv. At. Mol. Opt. Phys. (1)

R. Grimm, M. Weidemüller, and Y. B. Ovchinnikov, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 42, 95 (2000).
[CrossRef]

Nature (1)

P. W. H. Pinkse, T. Fischer, P. Maunz, and G. Rempe, Nature 404, 365 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Commun. (2)

T. W. Hänsch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
[CrossRef]

U. Schünemann, H. Engler, M. Zielonkowski, M. Weidmüller, and R. Grimm, Opt. Commun. 158, 263 (1998).
[CrossRef]

Phys. Rev. A (5)

G. M. Bruun and C. W. Clark, Phys. Rev. A 61, 061601 (2000).
[CrossRef]

M. E. Gehm, K. M. O’Hara, T. A. Savard, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 58, 3914 (1998).
[CrossRef]

A. Sinatra, J. F. Roch, K. Vigneron, Ph. Grelu, J.-Ph. Poizat, K. Wang, and P. Grangier, Phys. Rev. A 57, 2980 (1998).
[CrossRef]

F. Schreck, G. Ferrari, K. L. Corwin, J. Cubizolles, L. Khayovich, M.-O. Mewes, and C. Salomon, Phys. Rev. A 64, 011402 (2001).
[CrossRef]

M. Houbiers, H. T. C. Stoof, W. I. McAlexander, and R. G. Hulet, Phys. Rev. A 57, R1497 (1998).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (4)

K. M. O’Hara, M. E. Gehm, S. R. Granade, S. Bali, and J. E. Thomas, Phys. Rev. Lett. 85, 2092 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ye, D. W. Vernooy, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 83, 4987 (1999).
[CrossRef]

P. Horak, G. Hechenblaikner, K. M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
[CrossRef]

V. Vuletic̀ and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 3787 (2000).
[CrossRef]

Science (2)

A. G. Truscott, K. E. Strecker, W. I. McAlexander, G. B. Partridge, and R. G. Hulet, Science 291, 2570 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

C. J. Hood, T. W. Lynn, A. C. Doherty, A. S. Parkins, and H. J. Kimble, Science 287, 1447 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

This calculation is based on a two-level approximation that takes into account rotating and counterrotating terms of the D lines of Li.1

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the resonator trap. The atoms are trapped in 1000 antimodes of the standing wave.

Fig. 2
Fig. 2

Evolution of the number of trapped atoms in the upper F=3/2 and lower F=1/2 hyperfine ground states. Solid curve, second-order decay fit to the F=3/2 data; dashed curve, modeled loss owing to off-resonant photon scattering and rest gas.

Fig. 3
Fig. 3

Influence of laser intensity noise on storage time. Dashed horizontal line, storage time with active stabilization of the laser output power; solid line, linear fit through the data. Inset, noise spectrum with the active intensity stabilization of the laser turned off (solid curve) and with the additional intensity noise modulation (dashed curve). Shot noise at the photodiode exceeds the normal laser noise.

Metrics