Diplomarbeit Sebastian Nickel

Kapitel 2. Das Resonator-QED Experiment
der Faser erhöht werden, was trotz der bereits recht hohen Vorspannung, auf welche die
Koppelfaser in der Ziehanlage gebracht wird, zwingend notwendig ist. Bei Bewegung der
attocube-Nanopositionierer kann es zum Überschießen der Faser kommen, da einer der
beiden Bewegungsmodi nach dem slip-stick-Prinzip funktioniert. Dabei ist das Ausdehnungsprofil
des intern im Positionierer verbauten Piezo ein Sägezahnprofil, d.h. der Piezo
dehnt sich aus und verschiebt somit den Schiebetisch des Positionierers. Anschließend
wird er schnell wieder kontrahiert, wodurch der Tisch an seiner Position bleibt und der
Piezo wieder im Ausgangszustand ist. In diesem step-Betrieb muss also dafür gesorgt
werden, dass die Faser bei der schnellen Ausdehnungsänderung des Piezo nicht mit allzu
großer Amplitude zum Schwingen angeregt wird. Diese Amplitude wird durch erhöhte
Faserspannung stärker gedämpft. Des Weiteren ist es über Änderung der Gleichspannung
am Piezo möglich, diesen in einem Spannungsbereich von 100 V über insgesamt
etwa 5 µm auszudehnen. Die verwendete Steuereinheit liefert allerdings nur 70 V, wodurch
sich die mögliche Ausdehnung auf etwa 3, 5 µm verringert.
Durch Kombination dieser beiden Modi kann im vorgestellten Aufbau die Faser nahe
genug an den Resonator gebracht werden, ohne bei jeder Verschiebung der Faser einen
Kontakt zwischen dieser und dem Resonator herzustellen.
2.3 Das Lasersystem
Zur aktiven Frequenzstabilisierung des Resonators wird ein Laser benötigt, der seinerseits
stabil auf der Übergangsfrequenz von 780 nm der Atomniveaus F = 3 → F ′ = 4
läuft ( 85 Rb-Term-Schema in Abbildung A.1). Der verwendete Laser 7 (DL Pro) ist über
den Diodenstrom, die Temperatur der Diode oder einen Piezo in der Frequenz durchstimmbar.
Der Piezo sorgt für die Verkippung eines Beugungs-Gitters, dass in der verwendeten
Littrow-Konfiguration die erste Beugungsordnung in die Diode zurück reflektiert
und somit Ein-Moden-Betrieb möglich macht [38]. Wie in Abbildung 2.6 zu sehen,
wird das Licht des DL Pro zunächst an einem polarisationsabhängigen Strahlteiler
(engl: Polarizing Beam Cube, ABk: PBC) aufgespalten. Der reflektierte Teil verläuft in
einer Doppel-Pass-Konfiguration durch einen akusto-optischen Modulator (AOM), mit
welchem die Frequenz und Amplitude des Strahls variiert werden kann. Dabei wird die
Lichtwelle an einer im Inneren des AOM-Kristalls erzeugten Stehwelle gebeugt. Intensität
und Frequenz des austretenden Strahls werden dabei durch die Frequenz und Amplitude
dieser Schallwelle im Medium bestimmt. Die genannte Konfiguration ist nötig, da eine
Frequenzänderung mittels des AOM einer Änderung des Beugungswinkels entspricht.
Auf Grund einer in den Strahlengang eingebrachte λ/4-Platte, ist die Polarisation des
Strahls auf dem Rückweg zum Strahlteiler genau senkrecht zur vorherigen, weshalb der
Strahl dieses mal transmittiert statt reflektiert wird.
Das am ersten Strahlteiler reflektierte Licht trifft nach der zweifachen Durchquerung
7 DL Pro der Firma Toptica mit einer typischen Linienbreite von 100 kHz und einer maximalen Leistung
32
von 100 mW