"Kalter Atomstrahl aus einer magneto-optischen Falle mit nur einem Lichtstrahl"

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Rubidium-Atome mit der Massenzahl 85 in einer modifizierten magneto-optischen Falle mit nur einem optischen Zugang gespeichert, und ein subthermischer Rubidium-Atomstrahl wurde aus der Falle erzeugt. Die Atomzahl in der gespeicherten Wolke und die Flussdichte des Atomstrahls wurden unter verschiedenen Bedingungen gemessen.

Zum optischen Kühlen und Speichern von ⁸⁵Rb-Atomen wurde das Licht einer Laserdiode verwendet, die mit der Frequenz ν_M≈2,93  GHz über ihren Injektions-Strom moduliert wurde. Die erste obere Seitenband-Frequenz des modulierten Lasers wurde zum optischen Hyperfein-Rückpumpen verwendet, damit die Rubidium-Atome effektive Zwei-Niveau-Systeme bilden und kontinuierlich gekühlt werden können. Die Emissionsfrequenz der Laserdiode wurde durch optische Rückopplung mit einem holographischen Sinusgitter stabilisiert und durchstimmt.

Unter Verwendung eines hohlen Pyramiden-Spiegels wurde die Strahlen-Konfiguration aus drei orthogonalen σ⁺Dσ^- -Stehwellen mit einem einzigen breiten zirkular-polarisierten Lichtbündel realisiert. Durch ein Loch an der Spitze des Pyramiden-Spiegels wurde ein subthermischer Atomstrahl aus der Falle extrahiert. Mithilfe eines dielektrischen spiegelbeschichteten λ/4-Plättchen, das in der Mitte ein kleines Loch hat, wurde ein hohles axial-rückläufiges Lichtbündel erzeugt, damit der Atomstrahl gut kollimiert wird. Der Atomstrahl kann durch einen gegenläufigen oder kreuzenden Lichtstrahl abgeschaltet werden, oder auch durch Schalten des Quadrupol-Magnetfeldes. Der Atomstrahl kann kontinuierlich oder gepulst betrieben werden.

Mit der Methode des Fluoreszenz-Nachweises wurden die Atomzahl in der Wolke und die im Anregungsbereich des Atomstrahls ermittelt. Sie wurden in Abhängigkeit von Verstimmung und Intensität des Kühllasers untersucht. Die maximale Zahl der in der Wolke gespeicherten Atome war ca. 5·10⁶ Atome und die entsprechende Atomdichte 10¹⁰ Atome/cm³. Die mittlere Geschwindigkeit des Atomstrahls lag unterhalb v=20 m/s. Die Teilchenflussdichte war beim kontinuierlichen Atomstrahl maximal 3·10⁸ Atome/cm²·s und beim gepulsten maximal 7·10⁸ Atome/cm²·s.

Titel

Kurzfassung

Summary

In this work, rubidium atoms with the mass number 85 were stored in a modified magneto-optical trap with only a single optical window, and a subthermal rubidium atomic beam was generated from the trap. The number of atoms in the stored cloud and the flux density of the atomic beam were measured under various conditions.

The laser diode modulated its injection current at the frequency ν_M≈ 2.93 GHz was used to cool optically and trap ⁸⁵Rb-atoms. The first upper sideband frequency of the modulated laser was used for the optic hyperfine repumping, so that the rubidium atoms form effective two-level-systems and can be cooled continuously. The emission frequency of the laser diode was stabilized and tuned by optical feedback with a holographic diffraction grating.

By using a pyramidal hollow mirror, the radiation configuration from three orthogonal σ⁺Dσ^--standing waves was realized with a single circular polarized light bundle. A cold atomic beam is extracted from the trap through a hole at the apex of the pyramidal mirror. To collimate the atomic beam, the extraction column was produced by placing a retro-optic with a 1 mm hole at 2 cm from the trap center. The retro-optic is a quarter-wave plate of which a reflecting layer was coated on the back surface. The atomic beam can be tuned on and off by a counterpropagating or crossing light beam, or also by switching of the inhomogeneous magnetic field. The atomic beam can be driven continuously or in a pulsed mode.

The numbers of atoms in the cloud and in the detection region of the atomic beam were estimated by detecting the fluorescences. They were studied in dependence on the detuning and the intensity of the cooling laser. The maximum number of trapped atoms was 5·10⁶ atoms and the corresponding atomic density 10¹⁰ atoms/cm³. The mean velocity of the atomic beam was estimated to be ~20 m/s. The maximum flux density was 3·10⁸ atoms/cm²·s with the continuous atomic beam and 7·10⁸ atoms/cm²·s with the pulsed.