Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

1.2. LASERKÜHLUNG - KÜHLEN UND FANGEN DER ATOME 15
Feinstruktur Hyperfeinstruktur Zeeman-Aufspaltung
F
3
266.7 MHz
2
156.9 MHz
1
D2-Line
0 72.2 MHz
780nm
Ti:Saphir Rückpumper
Periodisches Potential
782 nm
D1-Linie
795.0 nm
Nd:YAG
1064 nm
BEC-Zustand
F
2
6.8 GHz
1
m F
2
1
0
-1
-2
Abbildung 1.3: Auszug aus dem Termschema von 87 Rb: dargestellt sind die wichtigen Niveaus
der Fein- und Hyperfeinstruktur der am D1/D2-Feinstrukturdoublet beteiligten Zustände. Die
Laserkühlung erfolgt auf dem geschlossenen F = 2 → F ′ = 3 Übergang der D2-Linie. Der
Rückpumper ist notwendig, um Atome, die über den nahresonanten F = 2 Zustand des angeregten
Niveau in den F = 1 Grundzustand zerfallen in den Kühlkreislauf zurückzuführen. Zudem ist für
den F = 2 Grundzustand die Zeeman-Aufspaltung im homogenen Magnetfeld eingezeichnet. Im
Unterzustand m F = 2 wird das Kondensat erzeugt Die Dipolfallen (Nd:YAG) und der Laser zur
Erzeugung des periodischen Potentials sind weit verstimmt gegen die beiden D1/D2-Linien.
pass“). Sie werden so von der Crossover-Resonanz in die Nähe des F = 2 → F ′ = 3
-Übergang verschoben. Die Abbildung erfolgt auf Resonanz, Funnel und MOT sind typischerweise
|δ| = 1 − 2 Γ davon (s. Abschnitt 1.2.3) entfernt. Zur Entkopplung der
Optiken innerhalb und außerhalb des abgedunkelten Bereichs werden die Laserstrahlen
durch ”
singlemode“-Glasfasern geleitet. Diese dienen zusätzlich als Modenfilter, wodurch
eine gute Strahlqualität, die die Laserkühlung stark beeinflussen kann [58], gegeben ist.
Die Strahlen können durch mechanische Shutter geblockt werden, so dass kein Laserlicht
während der Verdampfungskühlungsphase in die Kammer gelangen und die Atome aufheizen
kann. Zu Anfang der Arbeiten wurden statt des MBR-110 zunächst ein System
aus einem Gitterlaser und zwei ”
injektiongelockten“ 70 mW Laserdioden und später ein
von einem Ar-Ionenlaser (Coherent Innova 400) gepumpter Ti:Sa Ringlaser (Coherent
Modell 899-21) verwendet [49]. Diese Systeme, waren aber deutlich weniger zuverlässig
und stabil als die jetzige Verdi/MBR110-Kombination.
Da die Atome aus dem angeregten F = 3 -Niveau auf Grund der Auswahlregeln
für Dipolübergänge nur in das Ausgangsniveau F = 2 zerfallen können, bezeichnet man
den Übergang als geschlossen. Allerdings beträgt die Aufspaltung zwischen den F = 2
und F = 3 Hyperfeinstrukturniveaus des angeregten Zustandes nur 267 MHz, somit gelangt
ein Teil der Atome durch Absorption in das F = 2 -Niveau und kann von dort
in den F = 1 Zustand des Grundzustands spontan zerfallen. Sie müssen mit einem so
genannten Rückpumper zurück in den Kühlkreislauf gebracht werden. Dies geschieht
durch einen selbstgebauten gitterstabilisierten Diodenlaser (Extended Cavity Diode La-