Kurzfassung
Im Rahmen dieser Arbeit werden kalte Atome in einem dunklen optischen Gitter untersucht. In diesem Typ von optischem Gitter
sind die Atome in Zuständen gefangen, die nur schwach mit dem Lichtfeld wechselwirken. Dadurch ist die elastische Komponente
der Photonenstreuung, die in konventionellen optischen Gittern für die Begrenzung der atomaren Dichte verantwortlich ist, erheblich reduziert. Deswegen wird es möglich in dunklen optischen Gittern die Dichtebegrenzung konventioneller optischer Gitter von 1011at/cm3 zu übertreffen. Wir untersuchen eine neue Methode der Dichteerhöhung, mit der wir einen vierfachen Anstieg der atomaren Dichte gegenüber der Anfangsdichte in der MOT erreichen. Die Atome werden aus einer magneto-optischen Falle, welche einige 109 Atome bei einer Temperatur von ca. 70 μK fängt, in eine Überlagerung von zwei optischen Fallen geladen. Diese ist durch ein drei-dimensionales dunkles optisches Gitter und eine fernverstimmte optische Stehwellen-Dipolfalle gebildet. Dort werden die Atome auf die Temperatur von 10 &muK bei einer Dichte von 3x1011 at/cm3 gekühlt. Das Verfahren der Dichteerhöhung basiert auf abwechselnden Zyklen der Kühlung und Lokalisierung in dem dunklen optischen Gitter und Zyklen der freier Expansion in den Mikropotentialen der optischen Stehwellen-Dipolfalle. Mit dieser
Methode konnte eine Dichte von 1.2x1012 at/cm3 bei Aufrechterhaltung der Temperatur von 10 μK erreicht werden.
This thesis explores ensembles of ultracold atoms, trapped and cooled in dark optical lattices. In this type of optical lattice, atoms are trapped in quantum states which are decoupled from the trapping light field. Therefore, elastic scattering - the main process limiting the density of atoms in optical lattices - is significantly reduced. This entails the chance to overcome the density limit of 1011at/cm3 existing in conventional optical lattices. We explore a novel scheme for density enhancement which allows for a four-fold density increase over the initial density of the magneto-optical trap (MOT). We load 109 atoms at 70 μK from the MOT into a modified optical lattice consisting of a three-dimensional dark optical lattice and a far-detuned optical dipole trap. Atoms are now cooled down to 10 μK in the potentials of dark optical lattice at typical densities of 3x1011 at/cm3. The enhancement procedure is based on a time sequence composed of cooling and trapping cycles inside the dark optical lattice and cycles of free evolution in an array of microscopic potentials formed by the dipole trap. Applying this sequence to the atomic ensemble, we can reach densities of up to 1.2x1012 at/cm3 while maintaining a temperature of 10 μK.