Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

24 KAPITEL 1. EXPERIMENTELLER AUFBAU
Kanal 1
Mischer
Filter
Verstärker
AOM
Tectronix
AWG 420
Oszillator 100 MHz
Kanal 2
Mischer
Filter
Verstärker
AOM
Abbildung
1.7: RF-Elektronik zur Kontrolle der Stehwellen-AOMs (siehe Text).
Strahlen durchlaufen beide jeweils einen AOM 13 . Die gebeugten Strahlen werden mit dem
Wellenleiter überlappt, wobei sie in entgegengesetzter Richtung laufen. Durch Interferenz
der beiden Strahlen entsteht das gewünschte periodische Potential. Die Strahlradien
betragen je 122(±5) µm. Die Ortsabhängigkeit ihrer Intensität ist entlang des Wellenleiters
zu vernachlässigen. Daher können die Wellenfronten als ebene Wellen approximiert
werden.
Haben die beiden linear polarisierten Laserstrahlen einen Frequenzunterschied δω so
entsteht durch die Interferenz ein zeitabhängiges Intensitätsmuster I(x, t). Aus Gleichung
1.8 ergibt sich daraus die Form des erzeugten Potentials
V sw (x, t) = V 0 sin
(2k L x − δω )
2 t , V 0 = Γ2 √
(
2 1
I1 I 2 + 1 )
. (1.14)
I S 3 δ D2 2δ D1
Hierbei bezeichnen I 1,2 die Intensität und k L = 2π λ
den Wellenvektor der Laserstrahlen
mit der Wellenlänge λ. Man erhält demnach ein eindimensionales, sinusförmiges periodisches
Potential [67, 56] welches sich mit der Geschwindigkeit v = δω
4k L
bewegt.
Die Laserstrahlen durchlaufen jeweils einen AOM, damit ihre Intensität und Frequenz
zeitlich variiert werden können, man hat somit volle Kontrolle über die Potentialstärke
und die Geschwindigkeit der Stehwelle, die den Quasiimpuls der Atome im periodischen
Potential bestimmt. Die Modulationsfrequenz für die AOMs wird nach dem in
Abb. 1.7 gezeigten Aufbau erzeugt. Die beiden Ausgänge eines Arbitrary Waveform
”
Function Generator“ (AWG)(Tektronix AWG 420), die eine Grundfrequenz um 10 MHz
besitzen, werden zunächst mit einer 100 MHz Trägerfrequenz gemischt und nach Extraktion
der 110 MHz-Komponente 14 verstärkt. Die resultierenden Signale dienen dann als
Eingangsspannung für die AOMs. Der AWG kann mit nahezu beliebigen Ausgangssingalen
programmiert werden, die mit einer frei wählbaren Samplingfrequenz (< 200 MHz)
abgespielt werden. Dies ermöglicht die phasenkontinuierliche Verstimmung der beiden
Stehwellen-Laserstrahlen gegeneinander und damit die phasenkontinuierliche Änderung
der Geschwindigkeit des periodischen Potentials. Die gewählte Grundfrequenz der beiden
Kanäle von 10 MHz erlaubt, bei einer typischen Samplingfrequenz von 150 MHz und
einer Anzahl von einer Million Spannungswerten, die Erzeugung genügend langer und
genügend frequenzgenauer (δω min ≃ 2π × 150 Hz) Sequenzen.
13 Crystal Technology 3110-125, 110 MHz
14 Diese entspricht der Zentralfrequenz der AOMs. Der Filter besteht aus einem Chebyshev Bandpass-
Filter 3. Ordnung [68].