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Kapitel 3
Experimenteller Aufbau
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die EIT-getriebene Speicherung von Lichtpulsen
in einem seltenerd-dotierten Festkörper zu implementieren. Dabei sollen eine hohe
Speicherkapazität sowie lange Speicherzeiten erzielt werden.
Das im Rahmen dieser Arbeit genutzte Speichermedium ist ein Pr 3+ :Y 2 SiO 5 -
Kristall. Bei kryogenen Temperaturen weisen die dotierten Pr 3+ -Ionen einen spektral
scharfen optischen Übergang zwischen dem elektronischen Grundzustand 3 H 4
und dem angeregten Zustand 1 D 2 auf (s. Kap. 1.3.1). Dieser kann mit Strahlung
der Wellenlänge 605, 98 nm getrieben werden. Da die Zustände 3 H 4 und 1 D 2 zudem
eine HFS aufweisen (s. Kap. 1.3.2), können durch verstimmte Laserstrahlen mehrere
Niveaus adressiert werden. Hierdurch kann das für EIT benötigte Λ-System in
der inhomogenen Mannigfaltigkeit präpariert werden. Zur Lichtspeicherung müssen
Nachweis- und Kontrollpulse erzeugt werden, welche unabhängig voneinander
in Intensität und Frequenz kontrolliert werden können. Die Erzeugung der
optischen Strahlung sowie die hier genutzte Technik zur Pulsformung und die
Strahlführung werden in Kapitel 3.2 vorgestellt. Zuvor wird jedoch in Kapitel 3.1
kurz auf die Erzeugung der kryogenen Temperaturen eingegangen.
Die Erhöhung der Speicherkapazität soll in den hier präsentierten Experimenten
unter anderem durch die Speicherung von Bildern statt transversal unmodulierter
Intensitätsverteilungen erfolgen. Hierzu müssen den Nachweisstrahlen
optische Muster aufgeprägt werden. Dies geschieht im Experiment mittels teiltransparenter
optischer Masken. Da sich die Abbildungsqualität der Muster in den
Kristall und auf den Detektor entscheidend auf die Speicherkapazität auswirkt,
wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Abbildungssysteme untersucht. Diese werden
detailliert in Kapitel 3.3 diskutiert. Die Detektion und die Verarbeitung der
ausgelesenen Signale wird kurz in Kapitel 3.4 besprochen.
Um die Speicherzeit in den EIT-getriebenen Lichtspeicherexperimenten zu erhöhen,
sollen störende Einflüsse mittels externer Magnetfelder minimiert werden.
Statische Felder sollen dazu eingesetzt werden, die HFS so aufzuspalten, dass
bestimmte Übergänge insensitiver gegenüber externen Magnetfeldfluktuationen
werden. Zusätzlich sollen die Pr 3+ -Ionen durch Magnetfeldpulse im Hochfrequenz
(HF)-Bereich von den Fluktuationen entkoppelt werden. Zur Erzeugung der statischen
sowie der HF-Magnetfelder wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Spulensystem
entwickelt, welches sich innerhalb des Kryostaten befindet und die Manipulation
von Dekohärenzeffekten ermöglicht. Dieser zentrale Teil des experimentellen
Aufbaus wird in Kapitel 3.5 vorgestellt.
Der gesamte experimentelle Aufbau ist schematisch in Abbildung 3.1 gezeigt.
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