Volltext - Fachbereich Physik - Universität Hamburg

Einleitung 9
Einzelne Absorptions- und Emissionsakte auf der E2-Resonanz schalten die starke
Resonanzfluoreszenz des Übergangs 2 S1/2↔ 2 P1/2 aus und an. Aus der relativen
Häufigkeit der Absorptionsereignisse wird die Absorptionswahrscheinlichkeit in
Abhängigkeit von der Verstimmung des anregenden Lichtfeldes ermittelt. Die Analyse
der Spektren zeigt, daß erstmals ein optischer Übergang in einem einzelnen Atom
kohärent angeregt wird. Aus der bei der Messung der Resonanzfluoreszenz auftretenden
Zustandsprojektion resultiert Projektionsrauschen, das in dieser Arbeit erstmals auf
einem optischen Übergang nachgewiesen wird.
Die Zustände F=0 und F=1 des hyperfeinaufgespaltenen Grundzustandes 2 S1/2 des
171 Yb + -Ions entsprechen unterschiedlichen Orientierungen des Kernspins S= /2 relativ
zum Hüllendrehimpuls. Durch optisches Pumpen wird das Ion im Zustand F=0
präpariert. Anschließend wird versucht, den entsprechenden M1-Übergang
| 2 S1/2,F=0 ↔| 2 S1/2,F=1 durch zwei zeitlich getrennte π/2-Pulse eines kohärenten
Mikrowellenfeldes anzuregen. Durch die anschließende Messung der
Resonanzfluoreszenz des angekoppelten Übergangs | 2 S1/2, F=1 ↔| 2 P1/2, F=0 wird
überprüft, ob der Anregungsversuch erfolgreich war. Bei Mittelung über viele
Messungen zeigt die Zählrate der Resonanzfluoreszenz in Abhängigkeit von der
Mikrowellenfrequenz Ramsey-Streifen.
Der Zustand des Ions nach dem zweiten π/2-Puls ergibt sich aus der Interferenz zweier
möglicher Entwicklungswege des Ions zwischen den Mikrowellenpulsen. Die beiden
möglichen Wege sind durch die Quantenzahlen F=0 und F=1 gekennzeichnet und
entsprechen unterschiedlichen Orientierungen des Pseudospins im Konfigurationsraum,
der für den verwendeten M1-Übergang dem Ortsraum entspricht. Das realisierte
Wechselwirkungschema zwischen Atom und Mikrowelle wird als Mach-Zehnder-
Atom-Interferometer im Konfigurationsraum interpretiert.
Durch kurzzeitige Änderung des angelegten Magnetfeldes zwischen den beiden
Mikrowellenpulsen wird für die beiden Grundzustandskomponenten eine
entgegengesetzt gleich große Phasenverschiebung der Larmor-Präzession induziert. Es
resultiert eine Phasenverschiebung der Ramsey-Streifen in Analogie zum skalaren
Aharonov-Bohm-Effekt [AHA59,FUR60]. Im semiklassischen Grenzfall gehen die