Abstract

We demonstrate an optical bottle beam trap created by interfering two fundamental Gaussian beams with different waists. The beams are derived from a single laser source using a Mach–Zehnder interferometer whose arms have unequal magnifications. Destructive interference of the two beams from the Mach–Zehnder leads to a three-dimensional intensity null at the mutual focus of the beams. We demonstrate trapping of cold cesium atoms in a blue detuned bottle beam trap.

© 2009 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. D. Miller, R. A. Cline, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 47, R4567 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. M. Saffman and T. G. Walker, Phys. Rev. A 72, 022347 (2005).
    [CrossRef]
  4. T. Kuga, Y. Torii, N. Shiokawa, and T. Hirano, Phys. Rev. Lett. 78, 4713 (1997).
    [CrossRef]
  5. R. Ozeri, L. Khaykovich, and N. Davidson, Phys. Rev. A 59, R1750 (1999).
    [CrossRef]
  6. J. Arlt and M. J. Padgett, Opt. Lett. 25, 191 (2000).
    [CrossRef]
  7. S. Kulin, S. Aubin, S. Christe, B. Peker, S. L. Rolston, and L. A. Orozco, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 3, 353 (2001).
    [CrossRef]
  8. D. Yelin, B. E. Bouma, and G. J. Tearney, Opt. Lett. 29, 661 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. S. E. Olson, M. L. Terraciano, M. Bashkansky, and F. K. Fatemi, Phys. Rev. A 76, 061404(R) (2007).
    [CrossRef]
  10. T. A. Savard, K. M. O'Hara, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 56, R1095 (1997).
    [CrossRef]
  11. S. L. Winoto, M. T. DePue, N. E. Bramall, and D. S. Weiss, Phys. Rev. A 59, R19 (1999).
    [CrossRef]
  12. C. Ryu, M. F. Andersen, P. Clade, V. Natarajan, K. Helmerson, and W. D. Phillips, Phys. Rev. Lett. 99, 260401 (2007).
    [CrossRef]

2008 (1)

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2007 (2)

S. E. Olson, M. L. Terraciano, M. Bashkansky, and F. K. Fatemi, Phys. Rev. A 76, 061404(R) (2007).
[CrossRef]

C. Ryu, M. F. Andersen, P. Clade, V. Natarajan, K. Helmerson, and W. D. Phillips, Phys. Rev. Lett. 99, 260401 (2007).
[CrossRef]

2005 (1)

M. Saffman and T. G. Walker, Phys. Rev. A 72, 022347 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

2001 (1)

S. Kulin, S. Aubin, S. Christe, B. Peker, S. L. Rolston, and L. A. Orozco, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 3, 353 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

1999 (2)

R. Ozeri, L. Khaykovich, and N. Davidson, Phys. Rev. A 59, R1750 (1999).
[CrossRef]

S. L. Winoto, M. T. DePue, N. E. Bramall, and D. S. Weiss, Phys. Rev. A 59, R19 (1999).
[CrossRef]

1997 (2)

T. Kuga, Y. Torii, N. Shiokawa, and T. Hirano, Phys. Rev. Lett. 78, 4713 (1997).
[CrossRef]

T. A. Savard, K. M. O'Hara, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 56, R1095 (1997).
[CrossRef]

1993 (1)

J. D. Miller, R. A. Cline, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 47, R4567 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Andersen, M. F.

C. Ryu, M. F. Andersen, P. Clade, V. Natarajan, K. Helmerson, and W. D. Phillips, Phys. Rev. Lett. 99, 260401 (2007).
[CrossRef]

Arlt, J.

Aubin, S.

S. Kulin, S. Aubin, S. Christe, B. Peker, S. L. Rolston, and L. A. Orozco, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 3, 353 (2001).
[CrossRef]

Bashkansky, M.

S. E. Olson, M. L. Terraciano, M. Bashkansky, and F. K. Fatemi, Phys. Rev. A 76, 061404(R) (2007).
[CrossRef]

Bouma, B. E.

Bramall, N. E.

S. L. Winoto, M. T. DePue, N. E. Bramall, and D. S. Weiss, Phys. Rev. A 59, R19 (1999).
[CrossRef]

Christe, S.

S. Kulin, S. Aubin, S. Christe, B. Peker, S. L. Rolston, and L. A. Orozco, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 3, 353 (2001).
[CrossRef]

Clade, P.

C. Ryu, M. F. Andersen, P. Clade, V. Natarajan, K. Helmerson, and W. D. Phillips, Phys. Rev. Lett. 99, 260401 (2007).
[CrossRef]

Cline, R. A.

J. D. Miller, R. A. Cline, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 47, R4567 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Davidson, N.

R. Ozeri, L. Khaykovich, and N. Davidson, Phys. Rev. A 59, R1750 (1999).
[CrossRef]

DePue, M. T.

S. L. Winoto, M. T. DePue, N. E. Bramall, and D. S. Weiss, Phys. Rev. A 59, R19 (1999).
[CrossRef]

Fatemi, F. K.

S. E. Olson, M. L. Terraciano, M. Bashkansky, and F. K. Fatemi, Phys. Rev. A 76, 061404(R) (2007).
[CrossRef]

Heinzen, D. J.

J. D. Miller, R. A. Cline, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 47, R4567 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Helmerson, K.

C. Ryu, M. F. Andersen, P. Clade, V. Natarajan, K. Helmerson, and W. D. Phillips, Phys. Rev. Lett. 99, 260401 (2007).
[CrossRef]

Henage, T.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Hirano, T.

T. Kuga, Y. Torii, N. Shiokawa, and T. Hirano, Phys. Rev. Lett. 78, 4713 (1997).
[CrossRef]

Isenhower, L.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Johnson, T. A.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Khaykovich, L.

R. Ozeri, L. Khaykovich, and N. Davidson, Phys. Rev. A 59, R1750 (1999).
[CrossRef]

Kuga, T.

T. Kuga, Y. Torii, N. Shiokawa, and T. Hirano, Phys. Rev. Lett. 78, 4713 (1997).
[CrossRef]

Kulin, S.

S. Kulin, S. Aubin, S. Christe, B. Peker, S. L. Rolston, and L. A. Orozco, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 3, 353 (2001).
[CrossRef]

Miller, J. D.

J. D. Miller, R. A. Cline, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 47, R4567 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Natarajan, V.

C. Ryu, M. F. Andersen, P. Clade, V. Natarajan, K. Helmerson, and W. D. Phillips, Phys. Rev. Lett. 99, 260401 (2007).
[CrossRef]

O'Hara, K. M.

T. A. Savard, K. M. O'Hara, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 56, R1095 (1997).
[CrossRef]

Olson, S. E.

S. E. Olson, M. L. Terraciano, M. Bashkansky, and F. K. Fatemi, Phys. Rev. A 76, 061404(R) (2007).
[CrossRef]

Orozco, L. A.

S. Kulin, S. Aubin, S. Christe, B. Peker, S. L. Rolston, and L. A. Orozco, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 3, 353 (2001).
[CrossRef]

Ozeri, R.

R. Ozeri, L. Khaykovich, and N. Davidson, Phys. Rev. A 59, R1750 (1999).
[CrossRef]

Padgett, M. J.

Peker, B.

S. Kulin, S. Aubin, S. Christe, B. Peker, S. L. Rolston, and L. A. Orozco, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 3, 353 (2001).
[CrossRef]

Phillips, W. D.

C. Ryu, M. F. Andersen, P. Clade, V. Natarajan, K. Helmerson, and W. D. Phillips, Phys. Rev. Lett. 99, 260401 (2007).
[CrossRef]

Rolston, S. L.

S. Kulin, S. Aubin, S. Christe, B. Peker, S. L. Rolston, and L. A. Orozco, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 3, 353 (2001).
[CrossRef]

Ryu, C.

C. Ryu, M. F. Andersen, P. Clade, V. Natarajan, K. Helmerson, and W. D. Phillips, Phys. Rev. Lett. 99, 260401 (2007).
[CrossRef]

Saffman, M.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

M. Saffman and T. G. Walker, Phys. Rev. A 72, 022347 (2005).
[CrossRef]

Savard, T. A.

T. A. Savard, K. M. O'Hara, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 56, R1095 (1997).
[CrossRef]

Shiokawa, N.

T. Kuga, Y. Torii, N. Shiokawa, and T. Hirano, Phys. Rev. Lett. 78, 4713 (1997).
[CrossRef]

Tearney, G. J.

Terraciano, M. L.

S. E. Olson, M. L. Terraciano, M. Bashkansky, and F. K. Fatemi, Phys. Rev. A 76, 061404(R) (2007).
[CrossRef]

Thomas, J. E.

T. A. Savard, K. M. O'Hara, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 56, R1095 (1997).
[CrossRef]

Torii, Y.

T. Kuga, Y. Torii, N. Shiokawa, and T. Hirano, Phys. Rev. Lett. 78, 4713 (1997).
[CrossRef]

Urban, E.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Walker, T. G.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

M. Saffman and T. G. Walker, Phys. Rev. A 72, 022347 (2005).
[CrossRef]

Weiss, D. S.

S. L. Winoto, M. T. DePue, N. E. Bramall, and D. S. Weiss, Phys. Rev. A 59, R19 (1999).
[CrossRef]

Winoto, S. L.

S. L. Winoto, M. T. DePue, N. E. Bramall, and D. S. Weiss, Phys. Rev. A 59, R19 (1999).
[CrossRef]

Yavuz, D. D.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Yelin, D.

J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. (1)

S. Kulin, S. Aubin, S. Christe, B. Peker, S. L. Rolston, and L. A. Orozco, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 3, 353 (2001).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. A (6)

J. D. Miller, R. A. Cline, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 47, R4567 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

M. Saffman and T. G. Walker, Phys. Rev. A 72, 022347 (2005).
[CrossRef]

R. Ozeri, L. Khaykovich, and N. Davidson, Phys. Rev. A 59, R1750 (1999).
[CrossRef]

S. E. Olson, M. L. Terraciano, M. Bashkansky, and F. K. Fatemi, Phys. Rev. A 76, 061404(R) (2007).
[CrossRef]

T. A. Savard, K. M. O'Hara, and J. E. Thomas, Phys. Rev. A 56, R1095 (1997).
[CrossRef]

S. L. Winoto, M. T. DePue, N. E. Bramall, and D. S. Weiss, Phys. Rev. A 59, R19 (1999).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (3)

C. Ryu, M. F. Andersen, P. Clade, V. Natarajan, K. Helmerson, and W. D. Phillips, Phys. Rev. Lett. 99, 260401 (2007).
[CrossRef]

T. Kuga, Y. Torii, N. Shiokawa, and T. Hirano, Phys. Rev. Lett. 78, 4713 (1997).
[CrossRef]

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

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

BoB intensity distribution for w 1 = 0.5 , w 2 = 0.94 , and λ = 0.532 μ m .

Fig. 2
Fig. 2

(a) Schematic of the interferometer used to generate the two beams. (b) Cross sections of the intensity along the beam path for beam waists of w 1 = 37 and w 2 = 63 μ m .

Fig. 3
Fig. 3

Measurement of trap decay versus time. The curve is a least squares fit to the function b + a e t τ resulting in a = 1100 , b = 18 , and τ = 20 ms . The inset shows the spatial distribution at t = 40 ms formed by averaging 200, 1 ms exposures. To the right is a transverse line profile through the center of the trap.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 Trap Parameters Calculated from Our Measured Beam Waists and Power for 50 μ K Cs atoms

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

I ( ρ = 0 , z ) = 2 P λ 2 π 3 w 1 6 ( 1 q 2 ) 2 ( 1 + q 2 ) q 4 z 2 + O ( z 4 ) ,
I ( ρ , z = 0 ) = 2 P π w 1 6 ( 1 q 2 ) 2 ( 1 + q 2 ) q 4 ρ 4 + O ( ρ 6 ) .

Metrics