Atomstrahlkühlung mit Hilfe des Stark-Effekts

Laurentius Windholz, Christian Neureiter

Gustav Mie

Th. Richter

Abstract Es wird die Intensitätskorrelationsfunktion für die Strahlung eines spontan emittierenden, anfänglich vollständig angeregten Zwei‐Atom‐Systems mit Hilfe der Lehmbergschen Mastergleichung und des Quanten‐Fluktuations‐Regressionstheorems berechnet. Während des Ausstrahlungsprozesses wechseln sich Bunching‐ und Antibunchingeffekte der Photonen ab, wobei es von der Beobachtungsrichtung und von dem Abstand der Atome abhängt, welcher dieser Effekte zuerst erscheint. Dabei können am Ende des Ausstrahlungsprozesses stark erhöhte Koinzidenzen auftreten.

T. Altevogt

Bei der theoretischen Beschreibung von spektroskopischen Experimenten wird in der Regel das Materiesystem quantenmechanisch beschrieben, während das Strahlungsfeld klassisch behandelt wird. Diese semiklassische Näherung ist zur Beschreibung von Experimenten, bei denen eine starke Kopplung zwischen dem Matriesystem und einzelnen Photonen besteht, nicht mehr gültig. Dies kann beispielsweise innerhalb eines optischen Resonators der Fall sein. In dieser Arbeit wird am Beispiel eines Pump-Test- Experiments zum Nachweis des optischen Stark-Effekts untersucht, welche zusätzlichen Effekte sich bei einer quantisierten Beschreibung des Strahlungsfeldes ergeben. Ein signifikanter Effekt ist, dass die Photonenstatistik des Pumpfeldes sich in der Linienform der verschobenen Resonanzlinie widerspiegelt. Weiter wurde in dieser Arbeit bei kleiner Pumpverstimmung ein Verstärkungseffekt gefunden, der ebenfalls auf der quantisierten Behandlung des Strahlungsfeldes beruht (nichtklassische Verstärkung). Es treten ferner bei grosseren Ensemblen von Zwei-Niveau -Systemen zusätzliche Unterstrukturen und Resonanzen auf. Auch kann der Nachweis des optischen Stark-Effekts Aufschluss über die Nichtdiagonalelemente bezüglich der Photonenzahl des quantisierten Pumpfeldes geben.Im Hinblick auf die Beschreibung komplexer Materiesystemen wurde in dieser Arbeit auch eine näherungsweise Berechnung der Testabsorption mit quantisiertem Strahlungsfeld im Rahmen einer Dichtematrixtheorie untersucht. Insbesondere war hier für die quantitative Beschreibung der nichtklassischen Verstärkung eine Berücksichtigung hoherer Korrelationen zwingend erforderlich. Auch wurden näherungsweise Entkopp- lungen unter Berücksichtigung der Erhaltungsgrossen durch- geführt. Die Dichtematrixtheorie wurde auf die Untersuchung des optischen Stark-Effektes an storstellengebundenen Exzitonen in Halbleitern angewandt. Da diese Resonanzen vergleichsweise kleine homogene und inhomogene Linienbreiten aufweisen,ist hier experimentell zu erwarten, dass sich feine Effekte des quantisierten Pumpfeldes bemerkbar machen konnen.

K. H. Hellwege

L. Knöll

Abstract Es werden nichtlineare optische Prozesse im Rahmen einer Streutheorie untersucht. Mit Hilfe eines kürzlich entwickelten Formalismus zur Berechnung von Erwartungswerten bestimmen wir die zeitliche Änderung der Energie des atomaren Systems und der Erwartungswerte reiner Feldoperatoren infolge der Streuung von Licht (quantisiertes Strahlungsfeld) an Materie. Es zeigt sich, daß die parametrischen Effekte in diesem Formalismus enthalten sind. Die erhaltenen Ausdrücke zeigen die bekannten Wellenzahlvektorabhängigkeiten.