Eine neue Lichtquelle zur Anregung von Resonanzspektren

F. G. Houtermans

K. Hoffmann, Rolf Seiwert

Peter Pringsheim

Pierre Thoumany

Laser-System entwickelt.Die Atome werden aus dem Grundzustand in den Rydberg-Zustand mit einem zweistufigen Diodenlaser Kaskaden Aufbau bei 780 nm und 480 nm angeregt.Die Umsetzung dieses neuen Lasersystems führte zur Entwicklung einer neuen Frequenzstabilisierungs Technik.Diese Arbeit stellt eine neue Methode der Doppler-freien, rein optischen Spektroskopie von Rb Rydberg-Zuständen in einer Gaszelle bei Raumtemperatur-vor.Diese neue Methode wird dann in der Spektroskopie für verschiedene Anregungsschemata verwendet.Die Anregung von Rydberg-Zuständen wird durch Beobachtung der Absorption des 780 nm Diodenlasers auf den starken Rb D2-Linie gemessen, in einem Schema, das Ähnlichkeiten zur Technik des Elektron-Schelving aufweist.Laserspektroskopie von Rydberg-Übergängen wird gezeigt und damit werden die verschiedenen Lasersysteme frequenzstabilisiert, die die Rydberg-Übergänge in dem Mikromaser Experiment anregen.Es konnte die Qualität dieser Stabilisierung mit einer Atomstrahl Vorrichtung und einem Flugzeit Experiment gemessen werden.Durch die Verwendung unterschiedlicher Laser Polarisationen wird auch die Anregung eines einzelnen Rydberg Hyperfein Zustandes demonstriert.

A. Grabowski

Die Entwicklung der Methoden zur Laserkühlung von Atomen hat in den letzten 15 Jahren vielfältige wissenschaftliche Fortschritte erzielt. Ein sich dabei in den letzten Jahren neu entwickelndes Feld ist die Kombination der Laserkühlung mit der zustandsselektiven Anregung von Atomen in Rydberg-Zustände. Ein solches System wird als "gefrorenes Rydberg-Gas" bezeichnet. Dieser Name reflektiert die Tatsache, dass die Experimente mit diesen gekühlten Atomen auf einer Zeitskala ablaufen, auf der die thermische Bewegung zu vernachlässigen ist und nur die Wechselwirkung der Atome untereinander relevant ist. Gelingt es, solche kalten Rydberg-Atome in periodischen Potentialen zu speichern, so ergeben sich Möglichkeiten, dieses System für die Quanteninformationsverarbeitung (QIV) zu nutzen. Zur Untersuchung solcher Systeme wurde im Rahmen dieser Arbeit ein neuer experimenteller Aufbau konzipiert und realisiert. Die dazu aufgebaute Apparatur wurde charakterisiert, indem Untersuchungen zur Laserkühlung von aus einem Dispenser emittierten 87Rb-Atomen in einer magneto-optischen Falle (MOT) durchgeführt wurden. Die hierbei gekühlten Atome wurden anschließend in eine Magnetfalle in Drahtfallengeometrie transferiert und konnten dort magnetisch gespeichert werden. Zur Speicherung von ultrakalten Atomensembles in periodischen Strukturen wurden die Möglichkeiten untersucht, aus periodisch angeordneten stromtragenden Leitern ein Gitter von zwei Magnetfallentypen (Quadrupol- und Ioffe-Pritchard-Fallen) zu konstruieren. Hierzu wurden aufbauend auf einzelnen Segmenten die Möglichkeiten der Konstruktion von Gittern untersucht. Diese Gitter erlauben es, drei verschiedene Grundkonfigurationen von Fallen mit unterschiedlichen Eigenschaften aufzubauen, die theoretisch erläutert werden. Dabei wird auch eine experimentelle Realisierung solcher Gitter mit Quadrupol-Fallen vorgestellt. Hierbei wurde ein Gitter von 4 MOTs experimentell realisiert und untersucht. Im letzten Teil der Arbeit werden Experimente zur 2-Photonen Rydberg-Anregung und hochauflösenden Rydberg-Spektroskopie von 87Rb-Atomen vorgestellt. Hierbei wird zunächst das verwendete Anregungs- und Detektionsschema der Atome erläutert, gefolgt von Untersuchungen zur Stabilität und Leistungsfähigkeit des Lasersytems zur Rydberg-Anregung. Hierzu wurden hochauflösende Spektren in der Umgebung der beiden 41D-Feinstrukturzustände von 87Rb in Abhängigkeit vom elektrischen Feld aufgenommen und die feldabhängige Aufspaltung der Zustände untersucht. Zur Realisierung der erläuterten Schemata zur QIV ist es nötig, einzelne oder Ensembles von Atomen gezielt orts- und zustandsselektiv in Rydberg-Zustände anregen zu können. Erste Demonstrationsexperimente hierzu werden präsentiert. Abschließend wird über die Messung der Rabifrequenz durch Untersuchung der Autler-Townes-Aufspaltung des an das Lichtfeld gekoppelten 5S1/2->5P3/2-Übergangs berichtet.

Peter Pringsheim