Skip to main content

Deflecting and Detecting Atoms with Near-Field Lights

  • Reference work entry
  • First Online:
  • 2169 Accesses

Abstract

An atom deflector and detector operating with local selective interaction are illustrated from both experiments and computations, including their fabrication. The feature of a nano-slit is examined in detail by conducting finite-difference time-domain simulations. Two ways of detecting atoms with two-color evanescent lights are also demonstrated for Rb atoms.

This is a preview of subscription content, log in via an institution.

Buying options

Chapter
USD   29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD   699.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Hardcover Book
USD   849.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Learn about institutional subscriptions

References

  1. P. Gill, Science 294, 1666 (2001)

    Article  Google Scholar 

  2. I.A. Walmsley, M.G. Raymer, Science 307, 1733 (2005)

    Article  Google Scholar 

  3. C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc, G. Grynberg, Atom-Photon Interaction (Wiley, New York, 1992)

    Google Scholar 

  4. P. Meystre, S. Stenholm (eds.), The mechanical effects of light. Special issue of J. Opt. Soc. Am. B 2, 1707–1860 (1985)

    Google Scholar 

  5. S. Chu, C. Wieman (eds.), Laser cooling and trapping of atoms. Special issue of J. Opt. Soc. Am. B 6, 2023–2278 (1989)

    Google Scholar 

  6. E. Arimondo, W.D. Phillips, F. Strumia (eds.), Laser Manipulation of Atoms and Ions (North-Holland, Amsterdam, 1992)

    Google Scholar 

  7. V.G. Minogin, V.S. Letokhov, Laser Light Pressure on Atoms (Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1987)

    Google Scholar 

  8. A.P. Kazantsev, G.I. Surdutovich, V.P. Yakovlev, Mechanical Action of Light on Atoms (World Scientific, Singapore, 1990)

    Book  Google Scholar 

  9. E.L. Raab, M. Prentiss, A. Cable, S. Chu, D.E. Pritchard, Phys. Rev. Lett. 59, 2631 (1987)

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. C. Monroe, W. Swann, H. Robinson, C. Wieman, Phys. Rev. Lett. 65, 1571 (1990)

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. C.N. Cohen-Tannoudji, W.D. Phillips, Phys. Today 43(10), 33 (1990)

    Article  Google Scholar 

  12. H.J. Metcalf, P. van der Straten, Laser Cooling and Trapping (Springer, New York, 1999)

    Book  Google Scholar 

  13. J.W.R. Tabosa, G. Chen, Z. Hu, R.B. Lee, H.J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 66, 3245 (1991)

    Article  ADS  Google Scholar 

  14. P.S. Jessen, I.H. deutsch, Optical lattices, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 37, ed. by B. Bederson, H. Walther (Academic, San Diego, 1996), pp. 95–138

    Google Scholar 

  15. P.S. Julienne, A.M. Smith, K. Burnett, Theory of collisions between laser cooled atoms, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 30, ed. by D.B. Bates, B. Bederson (Academic, San Diego, 1992), pp. 141–198

    Google Scholar 

  16. T. Walker, P. Feng, Measurements of collisions between laser-cooled atoms, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 34, ed. by B. Bederson, H. Walther (Academic, San Diego, 1994), pp. 125–170

    Google Scholar 

  17. J. Weiner, Advances in ultracold collisions: experimentation and theory, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 35, ed. by B. Bederson, H. Walther (Academic, San Diego, 1995), pp. 45–78

    Google Scholar 

  18. M.A. Kasevich, E. Riis, S. Chu, R.G. Devoe, Phys. Rev. Lett. 63, 612 (1989)

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. C.S. Adams, O. Carnal, J. Mlynek, Atom interferometry, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 34, ed. by B. Bederson, H. Walther (Academic, San Diego, 1994), pp. 1–34

    Google Scholar 

  20. P.R. Berman (ed.), Atom Interferometry (Academic, San Diego, 1997)

    Google Scholar 

  21. J. Fujita, M. Morinaga, T. Kishimoto, M. Yasuda, S. Matsui, F. Shimizu, Nature 380, 691 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  22. F. Shimizu, Atom holography, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 42, ed. by B. Bederson, H. Walther (Academic, San Diego, 2000), pp. 182–260

    Google Scholar 

  23. M.Z. Raizen, Quantum chaos with cold atoms, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 41, ed. by B. Bederson, H. Walther (Academic, San Diego, 1999), pp. 43–82

    Google Scholar 

  24. M.R. Anderson, J.R. Ensher, M.R. Matthews, C.E. Wieman, E.A. Cornell, Science 269, 198 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  25. M. Inguscio, S. Stringari, C.E. Wieman (eds.), Bose-Einstein Condensation in Atomic Gases (IOS, Amsterdam, 1999)

    Google Scholar 

  26. C.J. Pethick, H. Smith, Bose-Einstein Condensation in Dilute Gases (Cambridge University Press, Cambridge, 2002)

    Google Scholar 

  27. M.R. Andrews, C.G. Townsend, H.-J. Miesner, D.S. Durfee, D.M. Kurn, W. Ketterle, Science 275, 637 (1997)

    Article  Google Scholar 

  28. C. Cohen-Tannoudji, Atomic motion in laser light, in Fundamental Systems in Quantum Optics, ed. by J. Dalibard, J.M. Raimond, J. Zinn-Justin (Elsevier, Amsterdam, 1992), pp. 1–164

    Google Scholar 

  29. V.I. Balykin, V.S. Letokhov, Atom Optics with Laser Light (Harwood Academic, Chur, 1995). Chapter 4

    Google Scholar 

  30. P. Meystre, Atom Optics (Springer, New York, 2001)

    Book  Google Scholar 

  31. C.M. Savage, S. Marksteiner, P. Zoller, Atomic waveguides and cavities from hollow optical fibers, in Fundamentals of Quantum Optics III, ed. by F. Ehlotzky (Springer, Berlin, 1993), pp. 60–74

    Chapter  Google Scholar 

  32. S. Marksteiner, C.M. savage, P. Zoller, S.L. Rolston, Phys. Rev. A 50, 2680 (1994)

    Google Scholar 

  33. H. Ito, K. Sakaki, T. Nakata, W. Jhe, M. Ohtsu, Opt. Commun. 115, 57 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  34. H. Ito, K. Sakaki, T. Nakata, W. Jhe, M. Ohtsu, Ultramicroscopy 61, 91 (1995)

    Article  Google Scholar 

  35. M.J. Renn, E.A. Donley, E.A. Cornell, C.E. Wieman, D.Z. Anderson, Phys. Rev. A 53, R648 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  36. H. Ito, T. Nakata, K. Sakaki, W. Jhe, M. Ohtsu, Phys. Rev. Lett. 76, 4500 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  37. H. Ito, K. Sakaki, W. Jhe, M. Ohtsu, Opt. Commun. 141, 43 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  38. J.P. Dowling, J.Gee-Banacloche, Evanescent light-wave atom mirrors, resonators, waveguides, and traps, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 37, ed. by B. Bederson, H. Walther (Academic, San Diego, 1996), pp. 1–94

    Google Scholar 

  39. V.I. Balykin, Atom waveguide, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 41, ed. by B. Bederson, H. Walther (Academic, San Diego, 1999), pp. 182–260

    Google Scholar 

  40. K. Sengstock, W. Ertmer, Laser manipulation of atoms, in Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 35, ed. by B. Bederson, H. Walther (Academic, San Diego, 1995), pp. 1–34

    Google Scholar 

  41. G. Timp, R.E. Behringer, D.M. Tnnant, J.E. Cunningham, M. Prentiss, K.K. Berggren, Phys. Rev. Lett. 69, 1636 (1992)

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. M. Prentiss, G. Timp, N. Bigelow, R.E. Behringer, J.E. Cunningham, Appl. Phys. Lett. 60 1027 (1992)

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. J.J. McClelland, R.E. Scholten, E.C. Palm, R.J. Celotta, Science 262 877 (1993)

    Article  ADS  Google Scholar 

  44. R. Gupta, J.J. McClelland, Z.J. Jabbour, R.J. Celotta, Appl. Phys. Lett. 67 1378 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. R.W. McGowan, D.M. Giltner, S.A. Lee, Opt. Lett. 20, 2535 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  46. W.R. Anderson, C.C. Bradley, J.J. McClelland, R.J. Celotta, Phys. Rev. A 59, 2476 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  47. Th. Schulze, T. Müther, D. Jürgens, B. Brezger, M.K. Oberthaler, T. Pfau, J. Mlynek, Appl. Phys. Lett. 78, 1781 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  48. E. Jurdik, J. Hohlfeld, H. van Kempen, Th. Rasing, J.J. McClelland, Appl. Phys. Lett. 80, 4443 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. K.K. Berggren, A. Bard, J.L. Wilbur, J.D. Gillaspy, A.G. Helg, J.J. McClelland, S.L. Rolston, W.D. Phillips, M. Prentiss, G.M. Whitesides, Science 269, 1255 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  50. K.S. Johnson, K.K. Berggren, A. Black, C.T. Black, A.P. Chu, N.H. Dekker, D.C. Raiph, J.H. Thywissen, R. Younkin, M. Tinkham, M. Prentiss, G.M. Whitesides, Appl. Phys. Lett. 69, 2773 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  51. M. Ohtsu, J. Lightwave Technol. 13, 1200 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  52. M. Ohtsu, H. Hori, Near-Field Nano-Optics (Kluwer/Plenum, New York, 1999). Chapter 8

    Book  Google Scholar 

  53. K. Kobayashi, M. Ohtsu, J. Microsc. 194, 249 (1999)

    Article  Google Scholar 

  54. M. Ohtsu, K. Kobayashi, H. Ito, G.-H. Lee, Proc. IEEE 88, 1499 (2000)

    Article  Google Scholar 

  55. H. Ito, K. Totsuka, M. Ohtsu, Atom deflector and detector with near-field light, in Progress in Nano-Electro Optics II, ed. by M. Ohtsu (Springer, Berlin, 2003), pp. 149

    Google Scholar 

  56. K. Kobayashi, S. Sangu, H. Ito, M. Ohtsu, Effective probe-sample interaction: toward atom deflection and manipulation, in Near-Field Optics: Principles and Applications, 2nd Asia-Pacific Workshop on Near Field Optics, 2000, vol. 82 ed. by X. Zhu, M. Ohtsu (World Scientific, Singapore, 2000), pp. 82–88

    Google Scholar 

  57. K. Kobayashi, S. Sangu, H. Ito, M. Ohtsu, Phys. Rev. A 63, 013806 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  58. H. Ito, K. Sakaki, M. Ohtsu, W. Jhe, Appl. Phys. Lett. 70, 2496 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  59. T. Yatsui, M. Kourogi, K. Tsutsui, M. Ohtsu, J. Takahashi, Opt. Lett. 25, 1279 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  60. K. Totsuka, H. Ito, K. Suzuki, K. Yamamoto, M. Ohtsu, T. Yatsui, Appl. Phys. Lett. 82, 1616 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  61. H. Ito, K. Yamamoto, A. Takamizawa, H. Kashiwagi, T. Yatsui, J. Opt. A Pure Appl. Opt. 8, S153 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  62. H. Ito, M. Ohtsu, Near-field optical atom manipulation: toward atom photonics, in Near-Field Nano/Atom Optics and Technology, ed. by M. Ohtsu (Springer, Tokyo, 1998). Chapter 11

    Google Scholar 

  63. K. Totsuka, H. Ito, T. Kawamura, M. Ohtsu, Jpn. J. Appl. Phys. 41, 1566 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  64. H.U. Danzebrink, Th. Dziomba, T. Sulzbach, O. Ohlsson, C. Lehrer, L. Frey, J. Microsc. 194, 335 (1999)

    Article  Google Scholar 

  65. R.G. Newton, Scattering Theory of Waves and Particles, 2nd edn. (Springer, New York, 1982)

    MATH  Google Scholar 

  66. M. Chevrollier, M. Fichet, M. Oria, G. Rahmat, D. Bloch, M. Ducloy, J. Phys. II France 2, 631 (1992)

    Article  Google Scholar 

  67. W. Jhe, J.W. Kim, Phys. Rev. A 51, 1150 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  68. H. Nha, W. Jhe, Phys. Rev. A 54, 3505 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  69. A. Steane, P. Szriftgiser, P. Desbiolles, J. Dalibard, Phys. Rev. Lett. 74, 4972 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  70. P.A. Molenaar, P. van der Straten, H.G.M. Heideman, H. Metcalf, Phys. Rev. A 55, 605 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  71. J. Söding, R. Grimn, Yu.B. Ovchinnikov, Opt. Commun. 119, 652 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  72. Ch. Kurtsiefer, J. Mlynek, Appl. Phys. B 64, 85 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  73. S. Datz, E.H. Taylor, J. Chem. Phys. 25, 389 (1956)

    Article  ADS  Google Scholar 

  74. M.D. Scheer, J. Fine, J. Chem. Phys. 39,1752 (1963)

    Article  ADS  Google Scholar 

  75. T. Sato, H. Ito, J. Nanophoton. 1, 011560 (2007)

    Article  Google Scholar 

  76. A.A. Tseng, K. Chen, C.D. Chen, K.J. Ma, IEEE Trans. Electron. Packag. Manuf. 26, 141 (2003)

    Article  Google Scholar 

  77. A. Taflove, S.C. Hagness, Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method, 2nd edn. (Artech House, Boston, 2000)

    Google Scholar 

  78. P.-K. Wei, H.-Li. Chou, W.-S Fann, Opt. Express 10, 1418 (2002)

    Google Scholar 

  79. C.H. Wei, P.H. Tsao, W.-S Fann, P.-K. Wei, J.O. Tegenfeldt, R.H. Austin, J. Opt. Soc. Am. B 21, 1005 (2004)

    Google Scholar 

  80. K. Yamamoto, H. Ito, K. Totsuka, T. Sato, Opt. Commun. 265, 692 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  81. T. Sato, H. Ito, J. Nanophoton. 5, 053501 (2011)

    Article  Google Scholar 

  82. V.S. Letokhov, Laser Photoionization Spectroscopy (Academic, San Diego, 1987)

    Google Scholar 

  83. N. Amin, S. Mahmood, M. Saleem, M.A. Kalyar, M.A. Baig, Eur. Phys. J. D 40, 331 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  84. C.E. Burkhardt, J.L. Libbert, J. Xu, J.J. Leventhal, Phys. Rev. A 38, 5949 (1988)

    Article  ADS  Google Scholar 

  85. N. Amin, S. Mahmood, S.U. Haq, M.A. Kalyar, M. Rafiq, M.A. Baig, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 109, 863 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  86. B.M. Patterson, T. Takekoshi, R.J. Knize, Phys. Rev. A 59, 2508 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  87. Y. Ohdaira, K. Kijima, K. Terasawa, M. Kawai, H. Hori, K. Kitahara, J. Microsc. 202, 255 (2001)

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  88. F.de Fornel, Evanescent Waves (Springer, Berlin, 2001), p. 9

    Google Scholar 

  89. W. Seifert, C.S. Adams, V.I. Balykin, C. Heine, Yu. Ovchinnikov, J Mlynek, Phys. Rev. A 49, 3814 (1994)

    Article  ADS  Google Scholar 

  90. K. Totsuka, H. Ito, M. Ohtsu, IEICE Trans. Electron. E85-C, 2093 (2002)

    Google Scholar 

  91. M.O. Scully, M.S. Zubairy, Quantum Optics (Cambridge University Press, Cambridge, 1997). Chapter 7

    Book  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Haruhiko Ito .

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

About this entry

Cite this entry

Ito, H. (2013). Deflecting and Detecting Atoms with Near-Field Lights. In: Ohtsu, M. (eds) Handbook of Nano-Optics and Nanophotonics. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-31066-9_27

Download citation

Publish with us

Policies and ethics