We describe an easily implementable method for non-destructive measurements of ultracold atomic clouds based on dark field imaging of spatially resolved Faraday rotation. The signal-to-noise ratio is analyzed theoretically and, in the absence of experimental imperfections, the sensitivity limit is found to be identical to other conventional dispersive imaging techniques. The dependence on laser detuning, atomic density, and temperature is characterized in a detailed comparison with theory. Due to low destructiveness, spatially resolved images of the same cloud can be acquired up to 2000 times. The technique is applied to avoid the effect of shot-to-shot fluctuations in atom number calibration, to demonstrate single-run vector magnetic field imaging and single-run spatial imaging of the system's dynamic behavior. This demonstrates that the method is a useful tool for the characterization of static and dynamically changing properties of ultracold atomic clouds.
REFERENCES
1.
V.
Braginsky
and F.
Khalili
, Rev. Mod. Phys.
68
, 1
(1996
).2.
D.
Hume
, T.
Rosenband
, and D.
Wineland
, Phys. Rev. Lett.
99
, 120502
(2007
).3.
A.
Lupascu
, S.
Saito
, T.
Picot
, P. C.
de Groot
, C. J. P. M.
Harmans
, and J. E.
Mooij
, Nat. Phys.
3
, 119
(2007
).4.
P.
Grangier
, J.
Levenson
, and J.
Poizat
, Nature (London)
396
, 537
(1998
).5.
C.
Guerlin
, J.
Bernu
, S.
Deléglise
, C.
Sayrin
, S.
Gleyzes
, S.
Kuhr
, M.
Brune
, J.-M.
Raimond
, and S.
Haroche
, Nature (London)
448
, 889
(2007
).6.
B. R.
Johnson
, M. D.
Reed
, A. A.
Houck
, D. I.
Schuster
, L. S.
Bishop
, E.
Ginossar
, J. M.
Gambetta
, L.
DiCarlo
, L.
Frunzio
, S. M.
Girvin
, and R. J.
Schoelkopf
, Nat. Phys.
6
, 663
(2010
).7.
K.
Hammerer
, A. S.
Sørensen
, and E. S.
Polzik
, Rev. Mod. Phys.
82
, 1041
(2010
).8.
L.
Turner
, K.
Domen
, and R.
Scholten
, Phys. Rev. A
72
, 031403
(2005
).9.
A.
Ramanathan
, S. R.
Muniz
, K. C.
Wright
, R. P.
Anderson
, W. D.
Phillips
, K.
Helmerson
, and G. K.
Campbell
, Rev. Sci. Instrum.
83
, 083119
(2012
).10.
W.
Ketterle
, D. S.
Durfee
, and D. M.
Stamper-Kurn
, in Proceedings of the International School of Physics of Enrico Fermi,Course CXL: Bose-Einstein condensation in gases
, edited by M.
Inguscio
, S.
Stringari
, and C. E.
Wieman
(Italian Physical Society
, 1998
), pp. 67
–164
.11.
M. R.
Andrews
, M.
Mewes
, N. J.
van Druten
, D. S.
Durfee
, D. M.
Kurn
, and W.
Ketterle
, Science
273
, 84
(1996
).12.
M. R.
Andrews
, D. M.
Kurn
, H.-J.
Miesner
, D. S.
Durfee
, C. G.
Townsend
, S.
Inouye
, and W.
Ketterle
, Phys. Rev. Lett.
79
, 553
(1997
).13.
C. C.
Bradley
, C. A.
Sackett
, and R. G.
Hulet
, Phys. Rev. Lett.
78
, 985
(1997
).14.
F.
Kaminski
, N.
Kampel
, M.
Steenstrup
, A.
Griesmaier
, E.
Polzik
, and J.
Müller
, Eur. Phys. J. D
66
, 1
(2012
).15.
B.
Julsgaard
, A.
Kozhekin
, and E. S.
Polzik
, Nature (London)
413
, 400
(2001
).16.
B.
Julsgaard
, J.
Sherson
, J. I.
Cirac
, J.
Fiurásek
, and E. S.
Polzik
, Nature (London)
432
, 482
(2004
).17.
J. F.
Sherson
, H.
Krauter
, R. K.
Olsson
, B.
Julsgaard
, K.
Hammerer
, I.
Cirac
, and E. S.
Polzik
, Nature (London)
443
, 557
(2006
).18.
T.
Takano
, M.
Fuyama
, R.
Namiki
, and Y.
Takahashi
, Phys. Rev. Lett.
102
, 033601
(2009
).19.
M.
Vengalattore
, J. M.
Higbie
, S. R.
Leslie
, J.
Guzman
, L. E.
Sadler
, and D. M.
Stamper-Kurn
, Phys. Rev. Lett.
98
, 200801
(2007
).20.
F. K.
Fatemi
and M.
Bashkansky
, Opt. Express
18
, 2190
(2010
).21.
A.
Smith
, B. E.
Anderson
, S.
Chaudhury
, and P. S.
Jessen
, J. Phys. B
44
, 205002
(2011
).22.
M.
Koschorreck
, M.
Napolitano
, B.
Dubost
, and M. W.
Mitchell
, Appl. Phys. Lett.
98
, 074101
(2011
).23.
Y.
Liu
, S.
Jung
, S.
Maxwell
, L. D.
Turner
, E.
Tiesinga
, and P. D.
Lett
, Phys. Rev. Lett.
102
, 125301
(2009
).24.
J. E.
Lye
, J. J.
Hope
, and J. D.
Close
, Phys. Rev. A
67
, 043609
(2003
).25.
J. M.
Higbie
, L. E.
Sadler
, S.
Inouye
, A. P.
Chikkatur
, S. R.
Leslie
, K. L.
Moore
, V.
Savalli
, and D. M.
Stamper-Kurn
, Phys. Rev. Lett.
95
, 050401
(2005
).26.
M. S.
Robbins
and B. J.
Hadwen
, IEEE Trans. Electron Devices
50
, 1227
(2003
).27.
J.
Hynecek
and T.
Nishiwaki
, IEEE Trans. Electron Devices
50
, 239
(2003
).28.
U.
Schünemann
, H.
Engler
, R.
Grimm
, M.
Weidemüller
, and M.
Zielonkowski
, Rev. Sci. Instrum.
70
, 242
(1999
).29.
S. J.
Park
, H. K.
Andersen
, S.
Mai
, J.
Arlt
, and J. F.
Sherson
, Phys. Rev. A
85
, 033626
(2012
).30.
T.
Yefsah
, R.
Desbuquois
, L.
Chomaz
, K.
Günter
, and J.
Dalibard
, Phys. Rev. Lett.
107
, 130401
(2011
).31.
M.
Kubasik
, M.
Koschorreck
, M.
Napolitano
, S.
de Echaniz
, H.
Crepaz
, J.
Eschner
, E. S.
Polzik
, and M. W.
Mitchell
, Phys. Rev. A
79
, 043815
(2009
).32.
G.
Reinaudi
, T.
Lahaye
, Z.
Wang
, and D.
Guéry-Odelin
, Opt. Lett.
32
, 3143
(2007
).33.
J.
Roberts
, N.
Claussen
, S.
Cornish
, and C.
Wieman
, Phys. Rev. Lett.
85
, 728
(2000
).34.
C.
McKenzie
, J.
Hecker Denschlag
, H.
Häffner
, A.
Browaeys
, L. E. E.
de Araujo
, F. K.
Fatemi
, K. M.
Jones
, J. E.
Simsarian
, D.
Cho
, A.
Simoni
, E.
Tiesinga
, P. S.
Julienne
, K.
Helmerson
, P. D.
Lett
, S. L.
Rolston
, and W. D.
Phillips
, Phys. Rev. Lett.
88
, 120403
(2002
).35.
B. J.
Sawyer
, A. B.
Deb
, T.
McKellar
, and N.
Kjærgaard
, Phys. Rev. A
86
, 065401
(2012
).36.
D.
Budker
and M.
Romalis
, Nat. Phys.
3
, 227
(2007
).37.
I. K.
Kominis
, T. W.
Kornack
, J. C.
Allred
, and M. V.
Romalis
, Nature (London)
422
, 596
(2003
).38.
S. J.
Seltzer
and M. V.
Romalis
, Appl. Phys. Lett.
85
, 4804
(2004
).39.
S.
Wildermuth
, S.
Hofferberth
, I.
Lesanovsky
, S.
Groth
, P.
Krüger
, J.
Schmiedmayer
, and I.
Bar-Joseph
, Appl. Phys. Lett.
88
, 264103
(2006
).40.
D. M.
Stamper-Kurn
, H.-J.
Miesner
, S.
Inouye
, M. R.
Andrews
, and W.
Ketterle
, Phys. Rev. Lett.
81
, 500
(1998
).41.
P. G.
Petrov
, D.
Oblak
, C. L. G.
Alzar
, N.
Kjærgaard
, and E. S.
Polzik
, Phys. Rev. A
75
, 033803
(2007
).42.
M.
Kohnen
, P. G.
Petrov
, R. A.
Nyman
, and E. A.
Hinds
, New J. Phys.
13
, 085006
(2011
).43.
J.-F.
Schaff
, X.-L.
Song
, P.
Capuzzi
, P.
Vignolo
, and G.
Labeyrie
, Europhys. Lett.
93
, 23001
(2011
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
