Diplomarbeit Sebastian Nickel

2.1. Aufbau des Experiments
Abbildung 2.2: Links zu sehen ist das Prinzip der optischen Melasse. Die sechs Laserstrahlen
haben alle die selbe, gegenüber dem Kühlübergang rot-verstimmte Frequenz ω. Rechts ist
das Prinzip des atomaren Springbrunnens verdeutlicht. Die Strahlen werden zueinander um
2∆ω verstimmt, wodurch ein bewegtes Bezugssystem für die Atome entsteht und diese nach
oben beschleunigt werden. In der Mitte sind die Frequenzen relativ zu den beiden Niveaus des
Kühlübergangs dargestellt. Das Bild stammt aus der Arbeit zum Aufbau des atomaren Springbrunnens
[36].
Die MOT entsteht nun, indem zusätzlich ein inhomogenes Quadrupol-Magnetfeld angelegt
wird, das durch die Zeeman-Aufspaltung die Energieniveaus abhängig vom Magnetfeld
verschiebt. Da die Anti-Helmholtz-Spulen einen Magnetfeldgradienten verursachen
entsteht eine ortsabhängige Aufspaltung der Niveaus, wodurch eine Kraft hervorgerufen
wird, die abhängig von der Position und Bewegungsrichtung Atome in unterschiedlichen
Unterniveaus kühlt. Dazu muss die Polarisation der Laserstrahlen jedoch ebenfalls auf
entsprechende Übergänge im Atom angepasst werden. Um die MOT im Experiment erzeugen
zu können werden so genannte Dispensoren verwendet. Durch das Anlegen eines
Stroms werden aus diesen Rubidium-Atome freigesetzt, die dann mittels der genannten
Technik gekühlt werden. Hat man mit dieser Methode die Atome gefangen, so ist
es möglich, sie durch Frequenzverstimmung der kühlenden Laserstrahlen untereinander
zu beschleunigen (siehe Abbildung 2.2). Für den Flug der Atome bestimmt die Stärke
der Frequenz-Verstimmung ∆ω die Startgeschwindigkeit und damit auch die Flughöhe,
da die Wolke aus Atomen einer Parabelbahn folgt, ebenso wie es jedes makroskopische
Objekt tun würde, das senkrecht nach oben geworfen wird.
Zusätzlich muss jedoch bedacht werden, dass die Atome einer Gaußverteilung im Ortsund
Geschwindigkeits-Raum gehorchen, was dafür sorgt, dass sich die Wolke auf ihrem
Flug ausdehnt. Um die Atome in der oberen Kammer nachzuweisen ist die Verwendung
eines in einer Dimension aufgeweiteten Laserstrahls nützlich. Mittels eines Photonenvervielfachers
(engl: Photomultiplier, Abk: PMT) kann die Fluoreszenz der Atome detektiert
werden, die durch diesen Strahl in der oberen Kammer fliegen. Daraus kann
die Kalibrierung der nötigen Frequenz-Verstimmung vorgenommen werden, damit die
Flughöhe der späteren Resonator-Position entspricht. Außerdem gibt das Fluoreszenz-
Profil Aufschluss über die Temperatur, welche die Atome in der MOT haben, bevor sie
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