Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

1.4. OPTISCHE DIPOLPOTENTIALE 21
wird durch Varistoren auf 700 V begrenzt. Das schnelle Abschalten der Falle ist vor allem
zur Charakterisierung der kalten Wolke und des Kondensats notwendig (s. Abschnitt
1.5).
Die Bias-Spulen erzeugen das rotierende homogene Feld. Durch jedes Spulenpaar
fließt ein sinusförmiger Strom I = I 0 sin(ω rot t + φ), wobei die Phasendifferenz zwischen
beiden Paaren ∆φ = π/2 beträgt. Sie werden jeweils über einen Schwingkreis an die
Impedanz eines Audioverstärkers (Crest Audio Modell 10001) mit 2×5000 W Ausgangsleistung
angepasst. Durch die Stromüberhöhung im Schwingkreis können Ströme bis
I max ≃ 140 A erzeugt werden, wobei der Maximalwert im Experiment 60 A beträgt, dies
entspricht einem Biasfeld von B 0 = 45 G. Die Resonanzfrequenz der Schwingkreise wird
= 2π × 9.8 kHz eingestellt,
wobei L ≃ 9 µH die Induktivität der Spulenpaare ist. Sie ist, wie gefordert, sehr viel
kleiner als die minimale Larmorfrequenz im Experiment von ω Larmor = 2π × 1 MHz und
sehr viel größer als die maximale Fallenfrequenz von ω max = 2π × 250 Hz.
durch die Wahl der Kapazität C ≃ 30 µF auf ω rot = 1 √
LC
1.4 Optische Dipolpotentiale
Der bisher beschriebene Aufbau reicht aus zur Erzeugung von Bose-Einstein Kondensaten.
Zum Studium der Dynamik kohärenter Materiewellen in einer Dimension muss
jedoch ein geeigneter Wellenleiter erzeugt werden, der das Kondensat in zwei Raumrichtungen
einschließt, aber freie Propagation in der dritten Dimension erlaubt. Zunächst
war geplant das BEC in der Magnetfalle zu erzeugen und durch adiabatisches Anschalten
des Wellenleiters in die kombinierte Falle zu transferieren. Die Untersuchung der
BEC-Dynamik hätte mit dem plötzlichen Abschalten der Magnetfalle begonnen. Experimentell
zeigte sich jedoch, dass das Umladen in die kombinierte Falle zum unkontrollierten
Aufheizen des Ensembles führte, die atomare Wolke war danach nur noch
teilweise kondensiert. Zudem bestand das Problem, dass das Ausschalten der Magnetfalle
einen Impuls auf das BEC überträgt, der im Mittel vom Strom durch die Spulen
abhing, aber von einer Realisierung zur Nächsten stark variierte. Dies war im Hinblick
auf die geplanten Experimente in periodischen Potentialen nicht tolerierbar. Bei diesen
ist es unbedingt notwendig, dass das Kondensat anfänglich ruht. Nur dann kann der Quasiimpuls
der Atome durch Beschleunigung des periodischen Potentials mit genügender
Präzision eingestellt werden (s. Abschnitt 3.2).
Aus diesem Grund wurde eine weitere optische Falle, der so genannte Haltestrahl,
hinzugefügt. Dieser kreuzt den Wellenleiter nahezu rechtwinklig am Ort der Magnetfalle.
Beide Strahlen bilden zusammen eine dreidimensionale optische Falle. Es werden reine
Kondensate erzeugt, indem man eine vorgekühlte Wolke in die optische Falle transferiert
und dort durch Verdampfungskühlung den Phasenübergang erreicht. Das Abschalten des
Haltestrahls entlässt die Atome in den Wellenleiter ohne Impulsübertrag. Der genaue
Ablauf der Kondensation in dieser Dipolfalle ist in Abschnitt 2.3 erläutert. Wellenleiter,
Haltestrahl und das periodische Gitter werden durch optische Potentiale erzeugt, die im
folgenden Abschnitt beschrieben werden. Eine zusammenfassende Übersicht über dieses
Gebiet ist in [54] zu finden.
Die optischen Potentiale werden im Experiment durch Laserstrahlen erzeugt, deren
Frequenz ω L weit von der Resonanzfrequenz ω 0 der 87 Rb Atome verstimmt ist. Auf
Grund der großen Verstimmung δ = ω L − ω 0 kann die spontane Streuung von Photonen