Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

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 atomaren 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
atomaren 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