Cavity-Mediated Laser Cooling. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis Print Faiz Khan) Thesi Faiz Khan_merged.pdf Restricted to Repository staff only until 8 January 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

تتناول هذه الرسالة دراسة التبريد بالليزر بواسطة التجاويف (CMLC) لذرة مفردة ذات مستويين، وهي تقنية تبريد بالليزر تتفوق على الأساليب التقليدية من خلال حصر الذرة بشكل قوي داخل تجويف بصري. تتيح هذه الطريقة تحكمًا غير مسبوق في حركة الذرة ودرجة حرارتها، حيث تحقق تبريدًا إلى مستويات أقل من حدود الارتداد. تمت دراسة ديناميكيات نظام المستويين في ما يعرف بنظام لامب-ديك باستخدام كل من طريقة دالة مونت كارلو الموجية الكمومية ومعادلة ليندبلاد الرئيسية. أظهرت النتائج وجود ثلاث قيم مميزة لتحويلات الرنين بين الذرة والتجويف، حيث يُظهر العدد الثابت للفونونات في النظام حدًا أدنى حادًا. عند هذه القيم، يمكن تبريد الذرة إلى ما دون حد الارتداد، مما يجعلها تصل إلى حالتها الأساسية. كما قمنا بتحليل معدل التبريد وتوزيع عدد الفونونات في تقنية التبريد بالليزر بواسطة التجاويف. توفر هذه النتائج رؤى مهمة حول كفاءة وحدود التبريد بالليزر بواسطة التجاويف في نظام لامب-ديك ضمن نطاق واسع من المتغيرات.

English Abstract

This thesis explores cavity-mediated laser cooling (CMLC) of a single two-level atom, a laser cooling method that surpasses traditional laser cooling techniques by confining the atom strongly within an optical cavity. This method enables unprecedented control over an atom’s motion and temperature, achieving sub-recoil level cooling. The dynamics of a two-level system in the so-called Lamb-Dicke regime are studied using both the quantum Monte-Carlo wave function method and the Lindblad master equation. Our results demonstrate the existence of three resonant atom-cavity detuning values for which the stationary state phonon number of the system exhibits a sharp minimum. For these detuning values, the atom can be cooled below the sub-recoil limit, reaching its ground state. We also analyzed the cooling rate and phonon number distribution for the cavity-mediated laser cooling. These results provide critical insight into the efficiency and fundamental limits of cavity-mediated laser cooling in the Lamb-Dicke regime over a wide range of parameters.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Aljalal, Abdulaziz
Committee Members:	Bahlouli, Hocine and Vogl, Michael
Depositing User:	FAIZ KHAN (g202208080)
Date Deposited:	09 Jan 2025 09:34
Last Modified:	09 Jan 2025 09:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143239