Kurzfassung
In dieser Arbeit wird gezeigt, wie mit Hilfe eines optischen Hochfinesseresonators, superradiante Streuung an Materiewellen kontrolliert werden kann. Die Richtung des dabei übertragenen Impulses ließ sich mit dieser einzigartigen Kontrolle über das stark gekoppelte Atom-Resonator-System steuern. Damit wurde Energie in das System gebracht und ihm wieder entzogen.
Ausgangspunkt für die Experimente in dieser Dissertation war die Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats (BEC) aus Rubidiumatomen, das mit der Gaußmode des linearen Resonators überlagert wurde. Anschließend wurde das Ensemble mit von den atomaren Resonanzen weit verstimmtem Licht bestrahlt.
Beim Pumpen in Richtung der Resonatorachse wird das System longitudinal gekoppelt. Damit konnten Atome unter das Rückstoßlimit gekühlt werden. Dabei gelang es, im Rahmen dieser Promotion, die Dynamik der Prozesse 'live' und nicht-destruktiv über das transmittierte Resonatorlicht zu beobachten.
Im transversalen Pumpschema wird das Kondensat senkrecht zur Orientierung des Resonators bestrahlt. Die Energieselektivität des ultra-schmalbandigen Resonators wurde hier genutzt, um die Materiewellen-Superradianz zu kontrollieren. Mit dieser Kontrolle konnte das Ensemble auf den 7 1/2-fachen Rückstoßimpuls beschleunigt, sowie vom Impuls 4hk auf 0 abgebremst werden. Duch geschicktes Wählen der Verstimmung zwischen Resonatorresonanz und Pumplicht wurde das für die superradiante Streuung nötige Bragg-Gitter verändert und es konnte ein subradianter Prozess beobachtet werden.
This tesis describes the realisation of super-radiant metter wave scattering with a new degree of experimental control by an optical high-finesse cavity. This excellent degree of control over a strongly coupled atom-cavity-system was used to steer the direction of the momentum transfer. This was utilised to bring energy in and out of the system. In this work a Bose-Einstein condensate of Rubidium atoms is produced and overlapped with the Gaussian mode of the linear resonator. Then, the ensenble is pumped with light far detuned in respect to the atomic resonances. If the system is pumped in direction of the resonator axis, we employ an longitudinal coupling scheme and the atoms can be cooled well below the recoil limit. For the first time 'live' and nondestructive observation of the dynamics during these processes in the light transmitted through the resonator was achived. In the transversaly coupled system, where the condensate is pumped verticaly to the orientation of the cavity axis, the energy selectivity of the ultra-narrowband cavity was used to control matter wave super-radiance. By utilising these prosesses the ensemble was accelerated up to 7 1/2 times the recoil momentum and decelerated from 4 hk to 0. Choosing the right detuning between the cavity resonance and the pump light changes the Bragg-lattice which is necessary for the super-radiant scattering such that the process became subradiant