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VS Verlag für Sozialwissenschaften eBooks

Einleitung

Wilhelm Raith

Published Jan 1, 1980• 0 citations
Publisher

Abstract

ZusammenfassungHochangeregte Atome, auch Rydberg-Atome genannt, sind Atome in Zuständen mit sehr hoher Hauptquantenzahl n. Erst seitdem abstimmbare Farbstofflaser zur Verfügung stehen, können hochangeregte Atome in grösserer Zahl und in wohldefinierten Zuständen erzeugt werden.
DOI
10.1007/978-3-663-06761-0_1

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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Wechselwirkung ultrakalter Atome mit der Mode eines optischen Resonators hoher Güte. Die Atome sind dabei in einem periodischen Potenzial gefangen, dessen Periodizität nicht kommensurabel mit der Wellenlänge des Resonators ist. Ein Laser regt die Atome an und sie streuen Photonen in die Resonatormode, wobei die Emission inkohärent ist, falls die Laue- Bedingung nicht erfüllt ist. Dieser Fall wird betrachtet und es werden Bedingungen ermittelt, für welche nichtlineare optische Prozesse auftreten können. Die Eigenschaften des Lichtes werden untersucht, wenn sich das System entweder wie ein parametrischer Verstärker verhält oder wie eine Lichtquelle mit "Antibunching"- Statistik. Weiterhin kann eine stationäre Verschränkung zwischen Licht und Spinwellen der Atome erzeugt werden. Im zweiten Teil wird die Situation betrachtet, in der die Nullpunktsbewegung der Atome für die Atom-Licht-Wechselwirkung relevant ist. Für große Parameterbereiche zeigen numerische Berechnungen, dass die Rückwirkung des Resonators die Formierung eines lokalen Schachbrettmusters in der atomaren Dichteverteilung erzeugt. Die einzelnen Atomgruppe dieses Musters stehen zueinander in fester Phasenbeziehung, was zur Erhöhung der Zahl der Resonatorphotonen führt.

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Wir benutzen einen Cäsium-Atomstrahl und Einphotonen-Anregung mit Licht im Wellenlängenbereich von 320 bis 318 nm. Cäsium wurde gewählt, weil es eine kleine Ionisierungsenergie hat und die Atomstrahl-Technologie für Alkalimetalle sehr weit entwickelt ist. Zur Anregung verwenden wir das frequenzverdoppelte Licht eines blitzlampen-gepumpten Farbstofflasers (Chromatix CMX-4). Der Laser wird mit einer Blitzfolgefrequenz von 10 Hz (maximal 25 Hz) betrieben. Die Wahrscheinlichkeit für Übergänge vom Grundzustand des Cäsiumatoms in einen hochangeregten Zustand ist wesentlich kleiner als für Übergänge zu den unteren P-Zuständen. Die grosse Leistung des gepulsten Lasers ermöglicht aber die Erzeugung von einigen Hundert hochangeregter Atome pro Puls. Die geringe Ausbeute wird zum Teil ausgeglichen durch die hohe Nachweisempfindlichkeit von nahezu 100%. Der Atomstrahl kann durch eine schnell rotierende geschlitzte Scheibe in kurze Strahlstücke zerhackt werden; durch geeignete Wahl der Zeit zwischen der Formierung eines Strahlstücks und dem nächsten Laserpuls, der die Atome 50 cm strahlabwärts anregt, können Atome in einem engen Bereich ihrer Geschwindigkeitsverteilung selektiv angeregt werden.

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Im Rahmen dieser Arbeit wurden Experimente mit kalten thermischen Lithium-7-Atomen in miniaturisierten Fallen und Leitern durchgeführt. Die fallenerzeugenden geladenen und stromdurchflossenen Strukturen auf dem Atomchip sind bis zu 1 µm klein. Damit konnten Magnetfallen erzeugt werden, die sehr stark komprimiert sind (60 kG/cm), große Abstände der Energieniveaus aufweisen (etwa h*200 kHz) und extrem genau lokalisiert sind. Zum ersten Mal wurde ein magnetischer richtungsunabhängiger Atomleiter mit hohen Krümmungen auf dem Atomchip demonstriert. Monte-Carlo Simulationen zur Ausbreitung von Atomen in einem solchen Atomleiter stimmen sehr genau mit den experimentellen Daten überein. Erstmalig wurden Atomfallen aus kombinierten elektrischen und magnetischen Potentialen erzeugt. Mit diesen wurde ein kontrollierter Transport und ein Aufspalten und wieder Vereinen einer Atomwolke ermöglicht. Die getesteten Fallen und Leiter können u.a. zur Erzeugung symmetrischer Materiewelleninterferometer, stark anisotroper Fallen und zustandsabhängiger Fallen eingesetzt werden.

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Wir benutzen einen Cäsium-Atomstrahl und Einphotonen-Anregung mit Licht im Wellenlängenbereich von 320 bis 318 nm. Cäsium wurde gewählt, weil es eine kleine Ionisierungsenergie hat und die Atomstrahl-Technologie für Alkalimetalle sehr weit entwickelt ist. Zur Anregung verwenden wir das frequenzverdoppelte Licht eines blitzlampen-gepumpten Farbstofflasers (Chromatix CMX-4). Der Laser wird mit einer Blitzfolgefrequenz von 10 Hz (maximal 25 Hz) betrieben. Die Wahrscheinlichkeit für Übergänge vom Grundzustand des Cäsiumatoms in einen hochangeregten Zustand ist wesentlich kleiner als für Übergänge zu den unteren P-Zuständen. Die grosse Leistung des gepulsten Lasers ermöglicht aber die Erzeugung von einigen Hundert hochangeregter Atome pro Puls. Die geringe Ausbeute wird zum Teil ausgeglichen durch die hohe Nachweisempfindlichkeit von nahezu 100%. Der Atomstrahl kann durch eine schnell rotierende geschlitzte Scheibe in kurze Strahlstücke zerhackt werden; durch geeignete Wahl der Zeit zwischen der Formierung eines Strahlstücks und dem nächsten Laserpuls, der die Atome 50 cm strahlabwärts anregt, können Atome in einem engen Bereich ihrer Geschwindigkeitsverteilung selektiv angeregt werden.
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