Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

42 KAPITEL 2. ERZEUGUNG UND NACHWEIS EINES BEC
atomare Wolke
Energie
m F
R rf
∆E=hν
rf 1
rf-induzierte
Übergänge
0
R=B 0 /B r
Position r und Magnetfeld B=B r ·r
2
Abbildung 2.1: RF-Evaporation in der TOP-Falle. Gezeigt ist die Energie der m F -Zustände
im instantanen Magnetfeld der TOP-Falle sowie die Position der atomaren Wolke. Bei den
Magnetfeldern im Experiment ist die Zeeman-Verschiebung der Niveaus linear. Die Frequenz der
RF-Strahlung wird so gewählt, dass die induzierten Übergänge selektiv hochenergetische Atome
vom Rand der Falle entfernen.
der Zeeman-Aufspaltung ausgenutzt. In Abb. 2.1 ist die Energie der magnetischen Unterzustände
in Abhängigkeit des Abstands der Atome vom (rotierenden) Zentrum des
Quadrupolfelds dargestellt. Atome am Rand der TOP-Falle erfahren periodisch höhere
Magnetfelder als Atome im Zentrum. Über die Frequenz der RF-Strahlung stellt man
ein, welche Atome in der Falle resonant in andere m F -Zustände überführt werden. Indem
die RF-Strahlung von hohen Frequenzen her kommend langsam verkleinert wird,
kann so ebenfalls von außen in die Wolke der Atome hineingeschnitten“ werden. Die RF-
”
Strahlung bezeichnet man daher auch als RF-Messer“, sein Abstand vom Fallenzentrum
”
beträgt in radialer Richtung R RF = 2hν RF
µ B B r
− B 0
B r
, wobei ν RF die Radiofrequenz bezeichnet.
Auf Grund der Geometrie der Magnetfalle bildet die Fläche konstanter Feldstärke
ein Ellipsoid, das RF-Messer entfernt demnach die Atome auf der Schnittfläche dieses
Ellipsoids mit der Wolke.
Damit die RF-Evaporation im rotierenden Bias-Feld effektiv funktioniert, muss die
Rabifrequenz Ω RF = µ B B RF / für die RF-Übergänge sehr viel größer als die Rotationsfrequenz
ω TOP = 2π × 9.8 kHz des Bias-Feldes sein. Dies erfordert eine ausreichende
Feldstärke B RF der Radiofrequenz am Ort der Atome. Im Experiment ist typischerweise
Ω RF ≃ 2π × 100 kHz und damit Ω RF ≫ ω TOP . Die Radiofrequenz wird über zwei
kleine Spulen mit je zehn Windungen, die sich innerhalb der Quadrupolspulen befinden,
erzeugt, sie sind schematisch in Abbildung 1.6 gezeigt.
Ablauf der Verdampfungskühlung in der magnetischen TOP-Falle
Die beiden genannten Methoden werden im Experiment nacheinander ausgeführt. Zunächst
erfolgt eine Phase der COD-Kühlung, die 29 s dauert. Dabei wird das Biasfeld
linear von 45 G auf 4.4 G erniedrigt, der Quadrupolgradient bleibt erhalten. Der Circleof-Death
erniedrigt sich dabei von 2 mm auf 200 µm, die Fallenfrequenz erhöht sich radial
auf ω r = 2π × 95 Hz. Die Dauer dieser Phase wird experimentell durch Optimierung der
Phasenraumdichte am Ende der Magnetfeldrampe festgelegt. Sie muss einerseits lange
genug sein, damit die verbleibenden Atome genügend Zeit zur Rethermalisierung haben,