Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

38 KAPITEL 2. ERZEUGUNG UND NACHWEIS EINES BEC
Verdampfungskühlung durch Stöße mit dem Hintergrundgas zu minimieren.
• Die Rate, mit der das atomare Gas auf Grund von Stromschwankungen in der
Magnetfalle oder durch resonantes Streulicht aufgeheizt wird, muss zu jeder Zeit
des Experiments sehr viel kleiner als die Kühlleistung durch Verdampfungskühlung
sein.
• Die anfängliche Atomzahl zu Beginn der Verdampfungskühlung sollte 5 × 10 7 Atome
bei einer Phasenraumdichte von typischerweise 10 −7 nicht unterschreiten 2 .
Wie in Abschnitt 1.1 schon beschrieben wurde, ist die erste Bedingung in unserem Experiment
sehr gut erfüllt. Das Experiment ist gegen Streulicht abgeschirmt und der Strom
durch die Magnetfalle ist durch einen Regelkreis so gut ( dI
I
< 10−3 ) stabilisiert, dass nur
noch Punkt drei zu erfüllen bleibt. Im folgenden Abschnitt wird beschrieben, wie dies im
Experiment erreicht wird. Dem Laden der magneto-optischen Falle folgt eine transiente
Kompression der Wolke und eine Phase der Melassenkühlung, bevor die Atome optisch
gepumpt und in die Magnetfalle transferiert werden.
2.1.1 Laden der MOT durch den kalten Atomstrahl
Zunächst wird die 3d-MOT durch den kalten Atomstrahl, der im Funnel erzeugt wird,
geladen. Die Parameter des Funnels und der MOT wurden schon im Abschnitt 1.2.3
angegeben, sie sind während dieser Phase zeitlich konstant. Es hat sich herausgestellt,
dass sich die Laderate der MOT erhöhen lässt, wenn zusätzlich zum Quadrupolfeld der
3d-MOT ein kleines rotierendes Biasfeld von B 0 = 3 G eingeschaltet wird 3 . Typischerweise
beträgt die Laderate ∼ 10 7 Atome/s, maximal wurden 5 × 10 7 Atome/s gemessen.
Das Fluoreszenzlicht der MOT wird auf eine Photodiode abgebildet, man erhält somit
ein Maß für deren Atomzahl. Sobald die MOT ∼ 2 · 10 8 Atome enthält, beginnt die ”
dynamische“
Phase des Experiments, während der die Änderungen der experimentellen
Parameter vom Steuercomputer synchronisiert werden.
Die MOT ist nur auf eine hohe Atomzahl, nicht auf eine hohe Phasenraumdichte
optimiert. Auf Grund des schwachen Magnetfeldgradienten ( ”
normalerweise“ werden
magneto-optische Fallen mit Rubidium-Atomen mit einem drei-fach stärkeren Gradienten
betrieben) beträgt die Dichte nur ∼ 4 × 10 9 Atome/cm 3 , eine Größenordnung
weniger als es möglich wäre. Die Temperatur beträgt zu diesem Zeitpunkt T = 160 µK,
die Phasenraumdichte ”
nur“ Ω = 10 −8 .
2.1.2 Kompression
Um die Dichte und die Phasenraumdichte zu erhöhen, schließt sich der Ladephase eine
transiente Kompression an. Zunächst wird das Laserlicht für den Funnel und somit der
kalte Atomstrahl abgeschaltet. Das Biasfeld wird ausgeschaltet und der Magnetfeldgradient
von B ′ r = 4 G/cm in 50 ms auf B ′ r = 10 G/cm linear erhöht. Gleichzeitig wird die
Verstimmung der MOT-Laserstrahlen von δ = −1.4 Γ auf δ = −5.2 Γ erhöht, um dichtelimitierende
Prozesse durch Reabsorption von Photonen in der MOT zu unterdrücken.
2 Abgesehen von Kondensaten, die in Mikrofallen erzeugt wurden, beginnt meiner Kenntnis nach keine
Gruppe mit weniger als 2 × 10 7 Atomen die Verdampfungskühlung.
3 Dadurch lässt sich der Einfangradius der MOT erhöhen.