Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

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10 KAPITEL 1. EXPERIMENTELLER AUFBAU Flow Box Ti:Saphir- Laser Nd:YAG I (frequenzverdoppelt) Nd:YAG II- Laser Rückpumper ECDL 1 Laser für das periodische Potential vom Ti:Sa Klappspiegel Monitor TiSa2 zur 3d-Mot Diodenlaser ECDL 2 zum optischen Gitter zum Funnel zur Abbildung abgedunkelter Bereich vertikales Strahlenpaar 55 l/s Ionenpumpe 150 l/s Ionenpumpe Titansublimator periodisches Potential CCD- Kamera Glaszelle Wellenleiter Bayard-Alpert UHV-Messröhre Mot+ Magnetfalle CCD- Kamera vert. Strahlen kalter Atomstrahl BEC Dipolfalle Abbildungslaser Video-Camera Abbildung 1.1: Schematischer Gesamtaufbau auf dem optischen Tisch: Im oberen Bereich befindet sich das Lasersystem, das jegliches Licht zur Manipulation der Atome erzeugt. Im unteren Teil ist die zweigeteilte Vakuumkammer zu sehen. Diese befindet sich zur Isolation von Restlicht in einem abgedunkelten Bereich. Im ” linken“ Teil der Kammer wird durch Laserkühlung ein Strahl kalter Atome erzeugt, welcher im ” rechten“ Teil in einer dreidimensionalen magneto-optischen Falle eingefangen wird. Das Kondensat wird in der Magnetfalle, die die Glaszelle im rechten Teil des Vakuums umgibt, erzeugt. Ihr sind die Dipolfallen und das periodische Potential überlagert, in denen die Experimente zur Dynamik kohärenter Wellenpakete durchgeführt wurden.
1.1. DAS VAKUUMSYSTEM UND DIE RUBIDIUMQUELLE 11 nische Verschlüsse (Shutter) verhindern, dass resonantes oder nahresonantes Licht vom Lasersystem während der ” dunklen“ Verdampfungskühlungsphase in die Kammer gelangt und dort zu einem Aufheizen der Atome führt. Aus demselben Grund ist die gesamte Kammer in einem abgedunkelten Bereich untergebracht, der jegliches Raumlicht von den kalten Atomen fernhält. Im linken Teil der Kammer wird der kalte Atomstrahl erzeugt, im rechten Teil befinden sich sowohl die magneto-optische Falle als auch die Magnetfalle, in welcher die Kondensation der Atome stattfindet. Die dazu notwendigen Magnetfeldspulen befinden sich außerhalb des Vakuum, sie umschließen die Glaszelle, die den erforderlichen optischen Zugang erlaubt. Die Experimente wurden im optischen Wellenleiter (grau gezeichnet), in dem das Kondensat in einer Richtung frei expandieren kann, durchgeführt. Diesem ist das periodische Potential (orange) zur Beeinflussung der Dynamik der Atome überlagert. Der resonante Abbildungslaserstrahl wird vom Kondensat teilweise absorbiert und auf eine empfindliche CCD-Kamera abgebildet. Aus diesen Bildern werden alle Informationen über das Ensemble gewonnen. Dieser Teil des Aufbaus ist nochmals vergrößert in Abb. 1.8 dargestellt und wird dort diskutiert. Zur besseren Übersicht sind viele Details der verwendeten Optik, Elektronik und Mechanik in dieser schematischen Abbildung nicht eingezeichnet. Die einzelnen Komponenten des Aufbaus werden in den folgenden Abschnitten beschrieben. 1.1 Das Vakuumsystem und die Rubidiumquelle 1.1.1 Die Vakuumkammer Zur thermischen Isolation der gekühlten <strong>atomare</strong>n Wolke von der ” heißen“ Umgebung wird ein möglichst gutes Vakuum benötigt. Man strebt einen Druck von weniger als 10 −11 mbar an, damit Stöße mit dem verbleibenden Hintergrundgas den Kondensationsprozess nicht beeinträchtigen. Andererseits ist die Rate mit der man zu Anfang des Experiments die Atome kühlt und einfängt proportional zu deren Partialdruck. Dieser sollte daher nicht unter 10 −9 mbar liegen. Man erfüllt die gegensätzlichen Anforderungen, indem man die Vakuumkammer in zwei Teile unterteilt: in einem wird durch einen so genannten <strong>atomare</strong>n Funnel (engl. für Trichter) bei relativ hohem Druck (∼ 10 −9 mbar) ein Strahl kalter Atome, mit hohem Fluss (∼ 10 7 Atome/s) erzeugt. Dieser Strahl wird im zweiten Teil der Kammer in einer dreidimensionalen magneto-optischen Falle (3d-MOT) wieder eingefangen. Dementsprechend werden die beiden Teile im Folgenden Funnelbzw. Motkammer genannt. Verbunden sind sie durch eine differentielle Pumpstufe, die die gewünschte Druckdifferenz aufrechterhält. Auf diese wird genauer in Abschnitt 1.2.3 eingegangen. Ein schematischer Überblick ist in Abb. 1.2 dargestellt. Die magneto-optisch gefangenen Atome und später das Bose-Einstein Kondensat befinden sich im Inneren einer quaderförmigen Glaszelle mit optischem Zugang aus fünf Raumrichtungen 1 . Als Pumpen dienen zwei Ionengetterpumpen 2 mit Pumpleistungen von 55 l/s (Funnelkammer) bzw 150 l/s (Motkammer). Zusätzlich befindet sich in der Motkammer eine Titan- 1 Die Zelle aus Quarzglas wurde von der Fa. Optiglas hergestellt. Der innere Querschnitt beträgt 30 mm x 30 mm, die Wandstärke 4 mm und die Länge mit optischer Qualität 80 mm. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zelle wird durch Aufeinanderschmelzen verschiedener Glassorten an denjenigen der Vakuumkammer angepasst. 2 Modell Vaclon Plus 55 bzw. Vaclon Plus 150 der Fa. Varian
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5.2. AUSBLICK 113 für Atome mit re
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Literaturverzeichnis [1] S.N. Bose.
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LITERATURVERZEICHNIS III [27] S. Ch
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LITERATURVERZEICHNIS V [56] J. Dali
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LITERATURVERZEICHNIS VII [87] D.M.
Seite 129 und 130:
LITERATURVERZEICHNIS IX [117] C.M.
Seite 131 und 132:
LITERATURVERZEICHNIS XI [148] R.G.
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LITERATURVERZEICHNIS XIII [175] A.E
Seite 135 und 136:
Danksagung An dieser Stelle möchte
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